Naukowcy opracowali algorytm wykorzystujący moc komputerów kwantowych. Dzięki niemu urządzenia mają szansę na szybsze upowszechnienie się

Wraz z upowszechnieniem się komputerów kwantowych konieczne będzie wdrożenie nowych systemów obliczeniowych przystosowanych do wykonywania operacji matematycznych w nowym, kwantowym środowisku. Zespół inżynierów z City College of New York poczynił ważny krok na drodze do wykorzystania potencjału tych maszyn – stworzono algorytm zaprojektowany z myślą o wykonywaniu obliczeń kwantowych.

– Fizyka kwantowa jest podstawową teorią przyrody, która prowadzi do powstawania cząsteczek i powstałej wokół nas materii – wskazuje fizyk kwantowy Pouyan Ghaemi, adiunkt na wydziale naukowym City College of New York. – Wiadomo już, że kiedy mamy makroskopową liczbę cząstek kwantowych, takich jak elektrony w metalu, które oddziałują ze sobą, pojawiają się nowe zjawiska, takie jak nadprzewodnictwo.

Sposób funkcjonowania komputerów kwantowych jest zgoła odmienny od działania maszyn opartych na elektronice krzemowej. Klasyczne komputery dokonują obliczeń za pośrednictwem systemu zero-jedynkowego, każdy bit informacji może przechowywać wyłącznie jedną wartość: jeden bądź zero. Komputery kwantowe wyłamują się z tego schematu i przeprowadzają obliczenia oparte na kubitach, zdolnych do przechowywania stanów pośrednich między zerem a jedynką. Taka konstrukcja czyni je urządzeniami o znacznie większym potencjale obliczeniowym niż komputery krzemowe. Aby go wykorzystać, należy sięgnąć po nowy język programowania zdolny do interpretowania kubitowych informacji.

Zespół z City College of New York opisał podstawy działania takiego algorytmu w pracy „Creating and Manipulating a Laughlin-Type ν=1/3 Fractional Quantum Hall State on a Quantum Computer with Linear Depth Circuits”, która zostanie opublikowana w grudniowym magazynie „PRX Quantum” wydawanym przez American Physical Society.

– W ramach naszych badań opracowaliśmy algorytm kwantowy, który można wykorzystać do badania klasy wieloelektronowych układów kwantowych przy użyciu komputerów kwantowych. Nasz algorytm otwiera przestrzeń do wykorzystania nowych urządzeń kwantowych w badaniu problemów, które są dość trudne do zbadania przy użyciu klasycznych komputerów – podkreśla Pouyan Ghaemi.

Nadrzędnym celem wspomnianej pracy badawczej było wypracowanie narzędzi, które umożliwią pracę z dużą liczbą interakcji kwantowych jednocześnie. Tylko algorytmy zdolne do masowego przetwarzania danych zapisanych w kubitach będą mogły wykorzystać pełny potencjał komputerów kwantowych.

– Bezpośrednim efektem naszych badań jest dostarczenie narzędzi do ulepszania kwantowych urządzeń obliczeniowych. Ich bezpośrednie, rzeczywiste zastosowanie pojawi się, gdy komputery kwantowe będą mogły być używane w codziennych zastosowaniach – przekonuje fizyk.

Według analityków z firmy MarketsandMarkets wartość globalnego rynku obliczeń kwantowych w 2019 roku wyniosła 93 mld dol. Przewiduje się, że do 2024 roku wzrośnie do 283 mld dol. przy średniorocznym tempie wzrostu na poziomie blisko 25 proc.