Fyzikové z univerzity v Innsbrucku představili novou architekturu univerzálního kvantového počítače, která má překonat omezení stávajících systémů. Qubity v kvantovém počítači by měly být schopny interakce (provázání, další operace s tímto stavem…) „každý s každým“, což s tím, jak počet qubitů roste, znamená problém. V roce 2015 se teoretický fyzik Wolfgang Lechner společně s Philippem Haukem a Peterem Zollerem touto potíží zabývali a navrhli novou architekturu kvantového počítače, která je nyní po autorech nazývána LHZ.
Fyzické qubity v této architektuře nepředstavují jednotlivé bity, ale kódují relativní koordinaci mezi qubity. To znamená, že všechny fyzické qubity již nemusí vzájemně interagovat. Původně byla celá koncepce navržena pouze pro řešení určitých optimalizačních úloh. Wolfgang Lechner a jeho kolegové nyní ukázali, že tento koncept (tzv. parita) je vhodný i pro univerzální kvantový počítač. Paritní počítače mohou provádět operace mezi dvěma nebo více qubity na jediném qubitu (jeden qubit lépe v uvozovkách). Na současných „hradlových kvantových počítačích“ se něco takového realizuje velmi obtížně, hlavně ve větším měřítku. Ve dvou publikacích ve Physical Review Letters a Physical Review A nyní innsbručtí vědci ukazují, že paritní počítače mohou například provádět kvantové Fourierovy transformace – základní stavební kámen mnoha kvantových algoritmů – s výrazně menším počtem výpočetních kroků, a tedy rychleji. Efektivnější by měl být i rozklad složených čísel na prvočísla (známý Shorův algoritmus).
Nová koncepce má nabídnout také účinnou opravu chyb, což je u současných kvantových počítačů další podstatná překážka. Model pracuje s dvoustupňovou opravou chyb, přičemž jednomu typu chyby (chybě převrácení bitů, fázové chybě) má navíc přímo bránit použitý hardware. Další chyby by mělo jít opravit čistě na softwarové úrovni.
Vědci již v této souvislosti jako spin-off založili také společnost ParityQC.
Architektura LHZ. Barevné čáry spojují všechny qubity, jejichž popisky obsahují stejný logický index. Logické operace lze realizovat pomocí řetězců hradel CNOT podél příslušné linie. Kredit: Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.180503
Michael Fellner et al, Universal Parity Quantum Computing, Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.180503
Michael Fellner et al, Applications of universal parity quantum computation, Physical Review A (2022). DOI: 10.1103/PhysRevA.106.042442
Zdroj: University of Innsbruck / Phys.org
Poznámka PH: Viz obrázek. Dá se říct, že „datové qubity“ odpovídají běžným fyzickým qubitům, čili architektura LHZ obsahuje qubity obou typu, „fyzické qubity odpovídající fyzickým qubitům a fyzické qubity odpovídající logickým qubitům“?