薩塞克斯大學(xué)的量子物理學(xué)家創(chuàng)建了一種算法，該算法可加快當(dāng)前正在開發(fā)的早期量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度。他們創(chuàng)造了一種新的方式來(lái)圍繞量子計(jì)算機(jī)路由離子(或帶電原子)，以提高計(jì)算效率。

蘇塞克斯團(tuán)隊(duì)已經(jīng)展示了如何使用他們的新“路由算法”最有效地完成這種量子計(jì)算機(jī)中的計(jì)算。他們的論文“用于全球連接的被困離子量子計(jì)算機(jī)的高效量子位路由”發(fā)表在《高級(jí)量子技術(shù)》雜志上。

該項(xiàng)目的團(tuán)隊(duì)由Winfried Hensinger教授領(lǐng)導(dǎo)，包括Mark Webber，Steven Herbert博士和Sebastian Weidt博士?？茖W(xué)家們創(chuàng)造了一種新的算法，可以調(diào)節(jié)量子計(jì)算機(jī)中的流量，就像管理繁忙城市中的流量一樣。在捕獲離子設(shè)計(jì)中，量子位可以物理長(zhǎng)距離傳輸，因此它們可以輕松地與其他量子位相互作用。他們的新算法意味著數(shù)據(jù)可以流經(jīng)量子計(jì)算機(jī)，而不會(huì)發(fā)生“交通擁堵”。這反過(guò)來(lái)帶來(lái)了功能更強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)。

量子計(jì)算機(jī)有望解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)過(guò)于復(fù)雜的問(wèn)題。量子計(jì)算機(jī)使用量子位(qubit)以新穎而強(qiáng)大的方式處理信息。團(tuán)隊(duì)首先分析的特定量子計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是“捕獲離子”量子計(jì)算機(jī)，它由懸浮在芯片表面上方的具有單個(gè)帶電原子或離子的硅微芯片組成。這些離子用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，其中每個(gè)離子都保存一個(gè)量子位的信息。在這種量子計(jì)算機(jī)上執(zhí)行計(jì)算需要圍繞離子移動(dòng)，這類似于玩Pacman游戲，并且數(shù)據(jù)(離子)可以更快，更高效地移動(dòng)，量子計(jì)算機(jī)將變得越強(qiáng)大。

在構(gòu)建大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)的全球競(jìng)賽中，有兩種領(lǐng)先的方法：IBM和Google等小組關(guān)注的“超導(dǎo)”設(shè)備以及蘇塞克斯大學(xué)離子量子技術(shù)小組所使用的“俘獲離子”設(shè)備，以及新興公司Universal Quantum等。

超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)具有固定的量子位，通常只能與彼此緊鄰的量子位進(jìn)行交互。涉及遙遠(yuǎn)量子位的計(jì)算是通過(guò)一系列相鄰的量子位進(jìn)行通信來(lái)完成的，該過(guò)程類似于電話游戲(也稱為“中國(guó)低語(yǔ)”)，在這種過(guò)程中，信息沿一條人從一個(gè)人傳給另一個(gè)人。與電話游戲一樣，信息鏈越長(zhǎng)，信息越容易被破壞。實(shí)際上，研究人員發(fā)現(xiàn)該過(guò)程將限制超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力。

相反，通過(guò)將新的路由算法部署到其被困離子體系結(jié)構(gòu)中，蘇塞克斯大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，他們的量子計(jì)算方法可以實(shí)現(xiàn)令人印象深刻的計(jì)算能力。“量子體積”是一個(gè)新的基準(zhǔn)，用于比較近期量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力。他們能夠使用Quantum Volume將其架構(gòu)與超導(dǎo)量子位模型進(jìn)行比較，在這兩種方法中，他們都假定了相似的誤差水平。他們發(fā)現(xiàn)，捕獲離子方法的性能始終優(yōu)于超導(dǎo)量子比特 這種方法是可行的，因?yàn)樗鼈兊穆酚伤惴ū举|(zhì)上允許量子位直接與更多的量子位進(jìn)行交互，從而提高了預(yù)期的計(jì)算能力。

薩塞克斯大學(xué)蘇塞克斯量子技術(shù)中心的博士研究員馬克·韋伯說(shuō)：“我們現(xiàn)在可以預(yù)測(cè)我們正在構(gòu)建的量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力。我們的研究表明，捕獲離子設(shè)備具有根本優(yōu)勢(shì)，并且新的路由算法將使我們能夠最大化早期量子計(jì)算機(jī)的性能。”

薩塞克斯大學(xué)蘇塞克斯量子技術(shù)中心主任漢辛格教授評(píng)論說(shuō)：“的確，這項(xiàng)工作是朝著建立可以解決現(xiàn)實(shí)世界問(wèn)題的實(shí)用量子計(jì)算機(jī)的又一塊墊腳石。”

溫弗里德·亨辛格(Winfried Hensinger)教授和塞巴斯蒂安·魏特(Sebastian Weidt)博士最近成立了自己的衍生公司Universal Quantum，旨在建造世界上第一臺(tái)大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)。它吸引了一些世界上最強(qiáng)大的科技投資者的支持。該團(tuán)隊(duì)于2017年率先發(fā)布了有關(guān)如何構(gòu)建大規(guī)模陷阱離子量子計(jì)算機(jī)的藍(lán)圖。