Des chercheurs développent une porte quantique permettant d’étudier les problèmes d’optimisation

Des chercheurs développent une porte quantique permettant d'étudier les problèmes d'optimisation
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Lettres d’examen physique (2022). DOI : 10.1103/PhysRevLett.128.120503″ width=”500″ height=”440″/>

Protocole QAOA de parité Rydberg. Les problèmes d’optimisation arbitrairement connectés peuvent être codés par parité dans une géométrie régulière d’atomes neutres piégés, par exemple, dans des pincettes optiques. Après avoir initialisé le processeur quantique de Rydberg dans un état de superposition égal, la génération de fonctions d’onde variationnelles en appliquant des unitaires QAOA ne nécessite qu’un contrôle local des champs laser générant des portes quasi-locales à quatre qubits (boîtes carrées) et à un seul qubit (disques). Crédit: Lettres d’examen physique (2022). DOI : 10.1103/PhysRevLett.128.120503

Le développement des ordinateurs quantiques se poursuit dans le monde entier et il existe divers concepts sur la manière dont l’informatique utilisant les propriétés du monde quantique peut être mise en œuvre. Beaucoup d’entre eux ont déjà avancé expérimentalement dans des domaines qui ne peuvent plus être émulés sur des ordinateurs classiques. Mais les technologies n’ont pas encore atteint le point où elles peuvent être utilisées pour résoudre des problèmes de calcul plus importants. Par conséquent, les chercheurs recherchent actuellement des applications qui peuvent être mises en œuvre sur des plates-formes existantes. “Nous recherchons des tâches que nous pouvons calculer sur du matériel existant”, déclare Rick van Bijnen de l’Institut d’optique quantique et d’information quantique de l’Académie autrichienne des sciences d’Innsbruck. Une équipe autour de Van Bijnen et du groupe de recherche Lechner propose aujourd’hui une méthode pour résoudre des problèmes d’optimisation à l’aide d’atomes neutres.

Solutions logicielles

Pour développer dans un proche avenir des applications scientifiquement et industriellement pertinentes pour le matériel quantique existant, les chercheurs recherchent des algorithmes spéciaux qui correspondent structurellement aux points forts d’une plate-forme quantique. “Cette co-conception d’algorithmes et de plateformes expérimentales permet à ces systèmes de fonctionner sans correction d’erreur, ce qui est encore difficile à réaliser aujourd’hui”, explique Wolfgang Lechner du département de physique théorique de l’université d’Innsbruck. Les physiciens envisagent de mettre en œuvre leur algorithme d’optimisation sur des atomes neutres piégés et disposés dans des pincettes optiques. Ils peuvent être programmés via l’interaction d’états de Rydberg hautement excités. Pour éviter les limites des approches précédentes, les physiciens n’implémentent pas l’algorithme directement, mais utilisent l’architecture dite de parité, une conception matérielle évolutive et indépendante des problèmes pour les problèmes d’optimisation combinatoire, que Wolfgang Lechner a développée avec Philipp Hauke ​​et Peter Zoller. à Innsbruck.

De cette manière, l’algorithme d’optimisation ne nécessite que des opérations à un seul qubit dépendant du problème et des opérations à quatre qubit indépendantes du problème. Trouver une implémentation directe et simple pour ces opérations à quatre qubits était le plus grand défi pour les chercheurs d’Innsbruck. À cette fin, ils ont conçu une porte quantique spéciale. “Nous avons implémenté l’algorithme directement dans le langage de l’expérience”, explique le premier auteur Clemens Dlaska. “Ainsi, l’algorithme peut être réalisé sur du matériel quantique actuel en optimisant simplement la durée des impulsions laser dans une boucle de rétroaction.”

Arbitrairement évolutif

Avec le concept proposé, les performances du matériel quantique existant dans la résolution de problèmes d’optimisation pertinents peuvent être étudiées pour des problèmes de taille actuellement impossibles à simuler sur des supercalculateurs classiques. Le fait que la plate-forme matérielle et la solution logicielle peuvent être étendues dans une large mesure sans modifications est un avantage important de la nouvelle méthode.

L’équipe d’Innsbruck vient de présenter son nouveau concept en Lettres d’examen physique.


Mise à niveau de l’ordinateur quantique


Plus d’information:
Clemens Dlaska et al, Optimisation quantique via les portes de Rydberg à quatre corps, Lettres d’examen physique (2022). DOI : 10.1103/PhysRevLett.128.120503

Fourni par l’Université d’Innsbruck

Citation: Des chercheurs développent une porte quantique permettant d’étudier les problèmes d’optimisation (2022, 25 mars) récupéré le 27 mars 2022 sur https://phys.org/news/2022-03-quantum-gate-enabling-optimization-problems.html

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