В любой квантовой вычислительной системе квантовые биты, кубиты, действуют одновременно, как ячейки памяти и как базовые вычислительные устройства. Для проведения сложных вычислений кубиты должны быть способны взаимодействовать друг с другом, и обеспечение этого продолжает оставаться существенным препятствием к разработке квантовых компьютеров большого масштаба.
Для решения этой проблемы Вольфганг Лехнер (Wolfgang Lechner), Филипп Хок (Philipp Hauke) и Питер Золлер (Peter Zoller) еще в 2015 году предложили новую архитектуру квантовых компьютеров, которая получила название LHZ по первым буквам фамилий ее разработчиков.
"Эта архитектура изначально была ориентирована на решение задач из области оптимизации" - вспоминает Вольфганг Лехнер, ученый из Отдела теоретической физики университета Инсбрука, Австрия, - "Впоследствии мы переработали и сократили эту архитектуру до возможного минимума, чтобы задачи оптимизации могли решаться с ее помощью максимально эффективно".
Физические кубиты в архитектуре LHZ обеспечивают относительную координацию с другими кубитами.
"Это означает, что не все кубиты вычислительной системы должны иметь возможность взаимодействия друг с другом" - объясняет Вольфганг Лехнер, - "И теперь мы продемонстрировали, что паритетная архитектура LHZ также подходит для создания универсального квантового компьютера".
Компьютеры, построенные на базе паритетной архитектуры, могут выполнять операции с двумя или большим количеством кубитов, используя один единственный кубит в качестве "посредника".
"Некоторые из существующих квантовых компьютеров уже способны осуществлять подобные операции, правда, пока только в очень маленьких масштабах" - рассказывает Майкл Феллнер (Michael Fellner), член исследовательской группы.
В качестве демонстрации возможностей LHZ-архитектуры, исследователи запустили на своем паритетном компьютере квантовое преобразование Фурье, фундаментальный "блок" многих квантовых алгоритмов. Паритетная система справилась с решением этой задачи за существенно меньшее количество шагов, а значит, гораздо быстрее других систем. "Также мы показали, что реализованный в архитектуре мощный параллелизм позволил выполнить более быстро и эффективно известный алгоритм Шора для факторизации чисел" - рассказывает Майкл Феллнер.
Так же в архитектуре LHZ реализована двухуровневая система автоматической коррекции ошибок. При этом, ошибки, которые выявляются и исправляются достаточно просто, такие, как "переворот бита" или "фазовая ошибка", корректируются еще на аппаратном уровне. А другие, более сложные типы ошибок, корректируются при помощи специализированного программного обеспечения.
В настоящее время Вольфганг Лехнер и Магдалена Хаузер (Magdalena Hauser) организовали новую компанию под названием ParityQC. Специалисты этой компании, работая с партнерами из научного мира и промышленного сектора, занимаются дальнейшей разработкой квантового компьютера следующего поколения на LHZ-архитектуре, который будет использован в целях решения практических задач разного типа.