Uutiset

Tutkijoiden kehittämä algoritmi tekee kvanttitietokoneista entistä tehokkaampia

Uusi menetelmä lyhentää reippaasti kvanttilaskelmien suoritusaikaa.
Aalto University Quantum Explorations Exhibition. Photo: Mikko Raskinen.
Kuva: Mikko Raskinen

Kvanttilaskennan saralla ollaan ottamassa edistysaskeleita Helsingin yliopiston, Aalto-yliopiston, Turun yliopiston ja IBM:n Zürichin tutkimuskeskuksen tutkimusyhteistyön ansiosta. Tutkijaryhmä on ehdottanut ratkaisua, joka tekee kvanttitietokoneista entistä tehokkaampia, nopeampia ja viime kädessä myös kestävämpiä.

Kvanttitietokoneilla voidaan mahdollisesti ratkaista merkittäviä ongelmia, joihin kaikkein tehokkaimpien supertietokoneidenkaan kapasiteetti ei riitä. Samalla tarvitaan kuitenkin täysin uudenlaista ohjelmointia ja uusia algoritmeja.

Tutkijaryhmä on kehittänyt uuden tavan nopeuttaa kvanttitietokoneiden laskentaa. Tutkimustulokset esiteltiin fysiikan alan American Physical Society -järjestön julkaisemassa PRX Quantum -tiedelehdessä.

”Toisin kuin perinteiset tietokoneet, jotka tallentavat ykkösiä ja nollia bitteinä, kvanttiprosessori tallentaa tietoa kubitteinä, jotka esittävät systeemin kvanttitilaa eli aaltofunktiota”, kertoo tutkijatohtori Guillermo García-Pérez Helsingin yliopiston fysiikan laitokselta. Tämän takia kvanttikoneissa olevan tiedon lukemiseen tarvitaan erityisiä menetelmiä.

”Tätä kvanttitilaa on itse asiassa yleensä mahdotonta esittää tavallisilla tietokoneilla, joten hyödyllistä tietoa siitä joudutaan etsimään tekemällä tarkkarajaisia havaintoja, joita kvanttifyysikot kutsuvat mittauksiksi”, sanoo García-Pérez.

Ongelmia aiheuttaa kvanttitietokoneiden suosittujen sovellusten vaatima suuri mittausten määrä. Tarvittavien laskutoimitusten määrän tiedetään kasvavan erittäin nopeasti simuloidun järjestelmän koon mukana siitä huolimatta että mittauksia tehdään rajallinen määrä. Tämä hidastaa laskentaa ja kuluttaa paljon laskentatehoa, mikä vaikeuttaa prosessin skaalaamista ylöspäin.

Uudessa menetelmässä hyödynnetään yleistä kvanttimittausluokkaa, jota sovelletaan laskennan aikana niin, että kvanttitilaan tallennettu tieto saadaan ulos tehokkaasti. Menetelmä vähentää huomattavasti toistojen määrää ja siten myös huipputarkkoihin simulaatioihin tarvittavan laskennan kestoa ja kustannuksia.

Aallon tutkijatohtori Matteo Rossi kertoo, että kvanttitietokoneilla suoritetuissa simulaatioissa on tähän asti käytetty yksinkertaisia ​​Pauli-mittauksia.

”Työssämme käytetään Pauli-mittauksia yleisempiä kvanttimittaustapoja, jotka ovat muokattavissa. Suurin haaste on näiden mittausten optimointi tehokkaasti. Paras mittaus riippuu tilasta, jota mitataan, eikä sitä tiedetä etukäteen. Ratkaisimme ongelman mukautuvalla mittaustavalla", hän selittää.

Menetelmä mahdollistaa aiempien mittaustulosten uudelleenkäytön, minkä lisäksi se osaa säätää omia asetuksiaan. Uudet ajot ovat kerta kerralta tarkempia, ja kerättyä dataa voidaan käyttää yhä uudestaan laskemaan järjestelmän muita ominaisuuksia ilman lisäkustannuksia.

”Otamme kaiken mahdollisen irti joka ikisestä näytteestä yhdistämällä kaiken tuotetun datan. Samalla hienosäädetään mittausta niin, että saadaan erittäin tarkkoja arvioita tutkittavasta suureesta, kuten vaikkapa kohteena olevan molekyylin energiasta. Nämä osatekijät yhdistämällä voidaan vähentää laskennan arvioitua kestoa monen suuruusluokan verran”, García-Pérez sanoo.

Lue artikkeli: Learning to Measure: Adaptive Informationally Complete Generalized Measurements for Quantum Algorithms

Lue alkuperäinen uutisartikkeli Helsingin yliopiston sivuilla.

Ota yhteyttä (englanniksi):

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Utuinen ihmishahmo näyttää kävelevän pois päin, varjo heijastuu vaalealle pinnalle
Tutkimus ja taide, Opinnot, Yliopisto Julkaistu:

Maisteriopiskelijoiden näyttely Suomen valokuvataiteen museossa

Valokuvataiteen pääaineen maisteriopiskelijoiden MoA in Photography 23 -näyttely on esillä 12. maaliskuuta asti.
Nainen rannalla tuulisella säällä hymyilee, taustalla meri kuohuaa
Nimitykset, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Professori Ranja Hautamäki: ”Monimuotoinen kaupunkiluonto on keskeinen tekijä hyvinvoinnin ja hiilinielujen lisäämiseksi”

Maisema-arkkitehtuurin professori ratkoo ilmastonmuutoksen hillintää ja kaupunkiluonnon hiilinieluja koskevia kysymyksiä.
NASAn Curiosity-mönkijä kuvaama pölypyörre Marsin Gale-kraatterissa. Kuvankäsittely: Henrik Kahanpää. Alkuperäinen kuva: NASA / JPL-Caltech
Tutkimus ja taide, Opinnot Julkaistu:

Marsin sää vaihtelee rajusti, mutta sen ilmasto ei ole muuttumassa

Väitöstutkimuksessaan Henrik Kahanpää myös kyseenalaistaa Marsin pölypyörteisiin liittyvän vallitsevan käsityksen. Tutkijana hän toivoo, että ihminen ei koskaan menisi Marsiin.
A portrait of Laureen Mahler.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Laureen Mahler luo origamitaitosten avulla biopohjaisia ja myös katseita kestäviä pakkauksia

Monet pakkausteollisuuden tuotteet perustuvat muoviin ja muihin fossiilipohjaisiin materiaaleihin. Aalto-yliopiston Bioinnovaatiokeskuksessa kehitetään origamitaitoksiin perustuvia ekologisia pakkausratkaisuja, joilla on arvoa myös kauniina esineinä.