الگوریتم جدید رایانه کوانتومی، قفل نیروی تراکنش سطح اتمی را می‌گشاید

به گزارش گروه علمی و آموزشی ایرنا از «سای تک دیلی»، محققان موسسه «ریکن» (RIKEN) یک الگوریتم ترکیبی (هیبرید) محاسبات کوانتومی ایجاد کرده اند که که می‌تواند به طور موثر تراکنش‌های سطح اتمی را در مواد پیچیده محاسبه کند. این نوآوری امکان کاربرد رایانه‌های کوانتومی کوچکتر یا رایانه‌های متعارف را برای مطالعه فیزیک مواد فشرده و شیمی کوانتوم فراهم می‌سازد و راه را برای کشفیات جدید در این حوزه‌ها هموار خواهد کرد.

الگوریتم جدید، این ظرفیت بالقوه را دارد که سطح بی‌سابقه‌ای از دانش و آگاهی مربوط به فیزیک مواد فشرده و شیمی کوانتوم – کاربردی برای رایانه‌های کوانتوم که اولین بار در سال ۱۹۸۱ توسط «ریچارد فاینمان» فیزیکدان مطرح شد – را ایجاد کند.

رایانه‌های کوانتوم این امیدواری را ایجاد کرده اند که بتوانند قدرت محاسباتی با اعداد را ارتقا دهند و وارد حوزه مسائلی شوند که با رایانه‌های متعارف قابل دسترس نبوده است.

«کوبیت» ها (Qubits) که سنگ بنای رایانه‌های کوانتوم هستند در واقع سیستم‌های ریز نانوکریستال یا مدارهای ابررسانا هستند که با قوانین فیزیک کوانتوم اداره می‌شوند. بر خلاف بیت‌ها در رایانه‌های متعارف که می توانند یک یا صفر باشند، کوبیت‌ها می‌توانند همزمان ارزش‌های متفاوتی داشته باشند. این خصوصیت کوبیت‌ها است که به رایانه‌های کوانتومی سرعت می‌بخشد.

یک راه غیرمتعارف محاسبه همچنین مستلزم نگرش تازه‌ای به این مساله است که چگونه باید داده‌ها را بطور موثر پردازش کرد تا بتوان به مسائل بیش از حد دشوار برای رایانه‌های متعارف پرداخت. یک مثال مهم در این زمینه روش موسوم به اپراتور تکامل زمان است. به گفته «کائورو میزوتا» از مرکز محاسبات کوانتوم «ریکن»، «اپراتورهای تکامل زمانی» شبکه‌های عظیمی از اعداد هستند که رفتارهای پیچیده مواد کوانتوم را توصیف می‌کنند. آنها اهمیت زیادی دارند زیرا کاربردی بسیار عملی به رایانه‌های کوانتوم می‌دهند که عبارت است از فهم بهتر شیمی کوانتوم و فیزیک مواد جامد.

تا پیش از این رایانه‌های کوانتوم با یک تکنیک ساده موسوم به Trotterization به اپراتورهای تکامل زمانی دست یافته‌اند اما این تکنیک برای رایانه‌های کوانتوم آینده نامناسب است زیرا نیازمند شمار زیادی از دروازه‌های کوانتوم هستند.

اکنون میزوتا و همکارانش از مناطق مختلف ژاپن یک الگوریتم بسیار کارآمدتر و عملی پیشنهاد کرده‌اند که ترکیبی از روش‌های کوانتوم و کلاسیک است و می‌تواند اپراتورهای تکامل زمانی را با هزینه محاسباتی کمتری تالیف کند و از این رو بر روی رایانه‌های کوانتوم کوچک و حتی رایانه‌های متعارف قابل استفاده است.