Japonští vědci dokázali pomocí algoritmu GRAPE, který se dosud používal v teorii optimálního řízení, zkrátit kód pro kvantové počítače. Záležitost je (nepřekvapivě) celkem komplikovaná, pokusme se ji nicméně převyprávět. Na počátku máme kvantový algoritmus napsaný ve formě srozumitelné pro člověka (tedy specialistu). Tento kód nyní potřebujeme přeložit do série elementárních operací s qubity (obdoby strojového kódu). Přitom je cílem, aby se celý algoritmus stačil provést co nejrychleji, protože „výpočet“ má omezenou životnost a chceme, aby se stihl provést, než se kvantová provázanost (entanglement) rozpadne.
Vědci z japonských institucí National Institute of Information and Communications Technology, Keio University, Tokyo University of Science a University of Tokyo nyní přišli s postupem, kdy jsou jednotlivé možné operační sekvence pro kvantový počítač srovnány mezi sebou a přitom se z nich vybere ta nejrychlejší (s nejvyšším výkonem). Výhodou této metody má být její systematičnost/univerzálnost; podle autorů by se měla uplatnit především u středně velkých kvantových počítačů.
Strojový kód pro kvantové počítače se skládá z 1qubitových operací a 2qubitových operací. Nejlepší posloupnost je ta, která má nejméně operací a vykazuje nejlepší výkon (poznámka PH: v průvodní tiskové zprávě se výkon dává do souvislostí s „věrností výpočtu“, fidelity). Tabulka různých sekvencí spolu s odpovídajícím indexem výkonu (věrnosti) může mít od tisíců do milionů členů v závislosti na počtech qubitů a zkoumaných operací. Navíc tímto způsobem lze analyzovat i již existující strojové kódy, na něž se převádějí některé algoritmy, a zjistit, zda jsou vůbec optimální.
Podle autorů studie není důvod, proč by tato metoda nemohla již brzy zvýšit výkon a tedy i praktickou využitelnost („co dokážeme spočítat“) středně velkých kvantových počítačů. Dále se ukázalo, že u řady úloh existuje dost různých a přitom téměř optimálních posloupností kvantových operací. U větších úloh (více možností), kde nelze analyzovat všechny možné sekvence, by se proto dala využít statistika/pravděpodobnost (poznámka PH: asi nějak ve smyslu, když nějakou dobu nenajdeme lepší řešení, pak je stávající nejlepší sekvence ne sice nutně nejlepší absolutně, ale nejspíš se od optima příliš neliší a je proto použitelná). Dále se plánuje všechny tyto techniky kombinovat s umělou inteligencí/strojovým učením, které by hledání optimální sekvence mohlo dále výrazně zefektivnit.
Optimalizací provozu kvantových počítačů lze zpracovat více informací, než kvantová koherence klesne pod hranici použitelnosti (dekoherence, „kolaps do klasického stavu“).
Credit: National Institute of Information and Communications Technology (NICT); Keio University; Tokyo University of Science; School of Science, The University of Tokyo
Sahel Ashhab et al, Numerical analysis of quantum circuits for state preparation and unitary operator synthesis, Physical Review A (2022). DOI: 10.1103/PhysRevA.106.022426
Zdroj: National Institute of Information and Communications Technology / Phys.org