LHZ – нова архітектура для квантових комп’ютерів

У будь-якій квантовій обчислювальній системі квантові біти, кубити, діють одночасно, як осередки пам’яті і як базові обчислювальні пристрої. Для проведення складних обчислень кубити повинні бути здатні взаємодіяти один з одним, і забезпечення цього продовжує залишатися істотною перешкодою розробки квантових комп’ютерів великого масштабу. Для розв’язання цієї проблеми Вольфганг Лехнер (Wolfgang Lechner), Філіп Хок (Philipp Hauke) та Пітер Золлер (Peter Zoller) ще у 2015 році запропонували нову архітектуру квантових комп’ютерів, яка отримала назву LHZ за першими буквами прізвищ її розробників.

«Ця архітектура спочатку була орієнтована на вирішення завдань в галузі оптимізації» — згадує Вольфганг Лехнер, вчений з Відділу теоретичної фізики університету Інсбрука, Австрія, — «Згодом ми переробили й скоротили цю архітектуру до можливого мінімуму, щоб завдання оптимізації могли вирішуватися з її ефективно”.

Фізичні кубити в архітектурі LHZ забезпечують відносну координацію коїться з іншими кубитами. «Це означає, що не всі кубити обчислювальної системи повинні мати можливість взаємодії один з одним», — пояснює Вольфганг Лехнер, — «І тепер ми продемонстрували, що паритетна архітектура LHZ також підходить для створення універсального квантового комп’ютера».

Комп’ютери, побудовані на базі паритетної архітектури, можуть виконувати операції з двома або велику кількість кубитів, використовуючи один єдиний кубит як «посередник». «Деякі з що існує квантових комп’ютерів вже здатні здійснювати подібні операції, щоправда, поки що лише в дуже маленьких масштабах» — розповідає Майкл Феллнер (Michael Fellner), член дослідницької групи.

Як демонстрація можливостей LHZ-архітектури, дослідники запустили на своєму паритетному комп’ютері квантове перетворення Фур’є, фундаментальний «блок» багатьох квантових алгоритмів. Паритетна система впоралася з вирішенням цього завдання за істотно меншу кількість кроків, а отже, набагато швидше за інші системи. «Також ми показали, що реалізований в архітектурі потужний паралелізм дозволив виконати більш швидко та ефективно відомий алгоритм Шора для факторизації чисел», — розповідає Майкл Феллнер.

Також в архітектурі LHZ реалізовано дворівневу систему автоматичної корекції помилок. При цьому помилки, які виявляються і виправляються досить просто, такі як «переворот біта» або «фазова помилка», коригуються ще на апаратному рівні. А інші, складніші типи помилок, коригуються за допомогою спеціалізованого програмного забезпечення.

Зараз Вольфганг Лехнер та Магдалена Хаузер (Magdalena Hauser) організували нову компанію під назвою ParityQC. Фахівці цієї компанії, працюючи з партнерами з наукового світу та промислового сектору, займаються подальшою розробкою квантового комп’ютера наступного покоління на LHZ-архітектурі, який буде використаний з метою вирішення практичних завдань різного типу.