Colaboratorii observă accelerația cuantică în problemele de optimizare

Credit: Unsplash/CC0 Public Domain

O colaborare între Universitatea Harvard cu oameni de știință de la QuEra Computing, MIT, Universitatea din Innsbruck și alte instituții a demonstrat o aplicare inovatoare a procesoarelor cuantice de atomi neutri pentru a rezolva probleme pentru utilizare practică.

Studiul a fost condus de Mikhail Lukin, George Vasmer Leverett profesor de fizică la Harvard și co-director al Harvard Quantum Initiative, Markus Greiner, George Vasmer Leverett profesor de fizică și Vladan Vuletic, Lester Wolfe profesor de fizică la MIT. . Intitulată „Optimizarea cuantică a seturilor independente maxime folosind Rydberg Atom Arrays”, cercetarea a fost publicată pe 5 mai 2022 în Ştiinţă.

Anterior, procesoarele cuantice cu atom neutru au fost propuse pentru a codifica eficient anumite probleme dificile de optimizare combinatorie. În această publicație de referință, autorii nu numai că implementează prima implementare eficientă de optimizare cuantică într-un computer cuantic real, dar și prezintă o putere hardware cuantică fără precedent.

Calculele au fost efectuate pe procesorul cuantic Harvard de 289 de qubiți care funcționează în modul analog, cu adâncimi efective de circuit de până la 32. Spre deosebire de exemplele anterioare de optimizare cuantică, dimensiunea mare a sistemului și adâncimea circuitului utilizate în această lucrare au făcut imposibilă utilizarea circuitelor clasice. simulări pentru optimizarea anterioară a parametrilor de control. Un algoritm hibrid cuantic-clasic a trebuit să fie implementat într-o buclă închisă, cu feedback direct și automat către procesorul cuantic.

Această combinație de dimensiunea sistemului, adâncimea circuitului și controlul cuantic remarcabil a culminat cu un salt cuantic: s-a constatat că cazurile problematice au funcționat empiric mai bine decât se aștepta la procesorul cuantic în comparație cu euristica clasică. Caracterizând dificultatea instanțelor problemei de optimizare cu un „parametru de duritate”, echipa a identificat cazuri care au provocat computerele clasice, dar au fost rezolvate mai eficient cu procesorul cuantic cu atom neutru. Accelerarea cuantică superliniară a fost găsită în comparație cu o clasă de algoritmi clasici generici. Pachetele open source GenericTensorNetworks.jl și Bloqade.jl de la QuEra au fost esențiale în descoperirea instanțelor dificile și în înțelegerea performanței cuantice.

„O înțelegere profundă a fizicii care stau la baza algoritmului cuantic, precum și limitările fundamentale ale omologul său clasic, ne-au permis să realizăm modalitățile în care mașina cuantică poate obține accelerație”, spune Madelyn Cain, un student absolvent de la Harvard și unul. a autorilor principali. .

Importanța împerecherii dintre problemă și hardware-ul cuantic este esențială pentru această lucrare: „În viitorul apropiat, pentru a extrage cât mai multă energie cuantică, este esențial să identificăm problemele care pot fi mapate nativ la arhitectura cuantică specifică. , cu puțină sau deloc overhead”, a spus Shengtao Wang, om de știință principal la QuEra Computing și unul dintre co-inventatorii algoritmilor cuantici utilizați în această lucrare, „și am realizat exact asta în această demonstrație”.

Problema „setului maxim independent”, rezolvată de echipă, este o sarcină dificilă paradigmatică în informatică și are aplicații largi în logistică, proiectare de rețele, finanțe și multe altele. Identificarea cazurilor de problemă clasice provocatoare cu soluții accelerate cuantic deschide calea pentru aplicarea calculului cuantic pentru a satisface nevoile industriale și societale din lumea reală.

„Aceste rezultate reprezintă primul pas în aducerea unui avantaj cuantic util problemelor dificile de optimizare relevante pentru mai multe industrii”, a adăugat Alex Keesling, CEO al QuEra Computing și coautor al lucrării publicate. „Suntem foarte bucuroși să vedem că calculul cuantic începe să atingă nivelul necesar de maturitate în care hardware-ul poate informa dezvoltarea algoritmului dincolo de ceea ce poate fi prezis în avans cu metodele de calcul clasice. În plus, prezența unei accelerații cuantice pentru cazurile cu probleme dificile este extrem de încurajatoare. . Aceste rezultate ne ajută să dezvoltăm algoritmi mai buni și hardware mai avansat pentru a aborda unele dintre cele mai dificile și relevante probleme de calcul.”


Cercetătorii dezvoltă o poartă cuantică care permite investigarea problemelor de optimizare


Mai multe informatii:
S. Ebadi și colab., Optimizarea cuantică a ansamblului independent maxim folosind matrice atomice Rydberg, Ştiinţă (2022). DOI: 10.1126/science.abo6587

Furnizat de Universitatea Harvard

Citare: Colaboratorii se uită la accelerarea cuantică în problemele de optimizare (5 mai 2022) Preluat la 5 mai 2022 la https://phys.org/news/2022-05-collaborators-quantum-speed-up-optimization- problems.html

Acest document este supus dreptului de autor. În afară de orice tranzacție echitabilă în scopuri private de studiu sau cercetare, nicio parte nu poate fi reprodusă fără permisiunea scrisă. Conținutul este furnizat doar în scop informativ.

Add Comment