研究可以预测早期量子计算机的计算能力

萨塞克斯大学的量子物理学家创建了一种算法，该算法可加快当前正在开发的早期量子计算机的计算速度。他们创造了一种新的方式来围绕量子计算机路由离子(或带电原子)，以提高计算效率。

苏塞克斯团队已经展示了如何使用他们的新“路由算法”最有效地完成这种量子计算机中的计算。他们的论文“用于全球连接的被困离子量子计算机的高效量子位路由”发表在《高级量子技术》杂志上。

该项目的团队由Winfried Hensinger教授领导，包括Mark Webber，Steven Herbert博士和Sebastian Weidt博士。科学家们创造了一种新的算法，可以调节量子计算机中的流量，就像管理繁忙城市中的流量一样。在捕获离子设计中，量子位可以物理长距离传输，因此它们可以轻松地与其他量子位相互作用。他们的新算法意味着数据可以流经量子计算机，而不会发生“交通拥堵”。这反过来带来了功能更强大的量子计算机。

量子计算机有望解决经典计算机过于复杂的问题。量子计算机使用量子位(qubit)以新颖而强大的方式处理信息。团队首先分析的特定量子计算机体系结构是“捕获离子”量子计算机，它由悬浮在芯片表面上方的具有单个带电原子或离子的硅微芯片组成。这些离子用于存储数据，其中每个离子都保存一个量子位的信息。在这种量子计算机上执行计算需要围绕离子移动，这类似于玩Pacman游戏，并且数据(离子)可以更快，更高效地移动，量子计算机将变得越强大。

在构建大规模量子计算机的全球竞赛中，有两种领先的方法：IBM和Google等小组关注的“超导”设备以及苏塞克斯大学离子量子技术小组所使用的“俘获离子”设备，以及新兴公司Universal Quantum等。

超导量子计算机具有固定的量子位，通常只能与彼此紧邻的量子位进行交互。涉及遥远量子位的计算是通过一系列相邻的量子位进行通信来完成的，该过程类似于电话游戏(也称为“中国低语”)，在这种过程中，信息沿一条人从一个人传给另一个人。与电话游戏一样，信息链越长，信息越容易被破坏。实际上，研究人员发现该过程将限制超导量子计算机的计算能力。

相反，通过将新的路由算法部署到其被困离子体系结构中，苏塞克斯大学的科学家发现，他们的量子计算方法可以实现令人印象深刻的计算能力。“量子体积”是一个新的基准，用于比较近期量子计算机的计算能力。他们能够使用Quantum Volume将其架构与超导量子位模型进行比较，在这两种方法中，他们都假定了相似的误差水平。他们发现，捕获离子方法的性能始终优于超导量子比特 这种方法是可行的，因为它们的路由算法本质上允许量子位直接与更多的量子位进行交互，从而提高了预期的计算能力。

萨塞克斯大学苏塞克斯量子技术中心的博士研究员马克·韦伯说：“我们现在可以预测我们正在构建的量子计算机的计算能力。我们的研究表明，捕获离子设备具有根本优势，并且新的路由算法将使我们能够最大化早期量子计算机的性能。”

萨塞克斯大学苏塞克斯量子技术中心主任汉辛格教授评论说：“的确，这项工作是朝着建立可以解决现实世界问题的实用量子计算机的又一块垫脚石。”

温弗里德·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台大规模量子计算机。它吸引了一些世界上最强大的科技投资者的支持。该团队于2017年率先发布了有关如何构建大规模陷阱离子量子计算机的蓝图。

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