Der Durchbruch bei der Kodierung ermöglicht die Lösung einer breiteren Palette von Anwendungen mit Quantencomputern mit neutralen Atomen

QuEra Computing, Hersteller des weltweit ersten und einzigen öffentlich zugänglichen Quantencomputers mit neutralen Atomen – Aquila – gibt heute bekannt, dass sein Forschungsteam eine Methode entdeckt hat, mit der eine breitere Palette von Optimierungsberechnungen durchgeführt werden kann, als bisher bekannt war, die mit Maschinen mit neutralen Atomen möglich sind.

Die Ergebnisse sind die Arbeit von QuEra-Forschern und Mitarbeitern der Universitäten Harvard und Innsbruck: Minh-Thi Nguyen, Jin-Guo Liu, Jonathan Wurtz, Mikhail D. Lukin, Sheng-Tao Wang und Hannes Pichler.

„Es steht außer Frage, dass die heutigen Nachrichten QuEra dabei helfen, mehr Partnern schneller einen Mehrwert zu bieten. Sie helfen uns, unseren Zielen näher zu kommen, und markieren auch einen wichtigen Meilenstein für die Branche“, sagte Alex Keesling, CEO von QuEra Computing. „Dies öffnet die Tür zur Zusammenarbeit mit mehr Unternehmenspartnern, die möglicherweise Bedarf in der Logistik haben, von Transport und Einzelhandel bis hin zu Robotik und anderen Hightech-Sektoren, und wir freuen uns sehr darauf, diese Möglichkeiten zu nutzen.“

Programmierbare Quantensysteme, wie sie QuEra bietet, bieten einzigartige Möglichkeiten, die Leistung verschiedener Quantenoptimierungsalgorithmen zu testen. Dies kann jedoch Einschränkungen unterliegen, die häufig durch bestimmte Hardwareeinschränkungen festgelegt sind. Insbesondere die native Konnektivität der Qubits für eine bestimmte Plattform schränkt oft die Klasse der Probleme ein, die angegangen werden können. Zum Beispiel ermöglichen Rydberg-Atom-Arrays natürlich das Lösen von Maximum Independent Set (MIS)-Problemen, aber native Codierungen sind auf sogenannte Unit-Disk-Graphen beschränkt.

Die Ergebnisse des Papiers erweitern die Klasse von Problemen, die mit Rydberg-Atomarrays angegangen werden können, erheblich, indem die Beschränkungen auf die oben genannten geometrischen Graphen überwunden werden. Jetzt können neue Klassen von Optimierungsproblemen durch Neutralatommaschinen gelöst werden. Dazu gehören maximal unabhängige Sätze auf Graphen mit willkürlicher Konnektivität und Probleme der quadratischen binären Optimierung (QUBO) ohne Beschränkungen mit willkürlicher oder eingeschränkter Konnektivität.

Diese Zusatzfunktionalität ermöglicht Anwendungen in Bereichen wie Logistikplanung und Pharmazie. So war es lange Zeit mühsam, frühzeitig die vielversprechendsten Wirkstoffkandidaten für neue Arzneimittel zu identifizieren. Durch die neue Kodierungsmethode von QuEra wird ein optimiertes Proteindesign möglich.

Auf diese Weise können Maschinen wie Aquila die Forscher dabei unterstützen, die besten Proben für die Durchführung von Versuchen effizienter zu identifizieren. Dies reduziert die erforderlichen Ressourcen, um neuartige Medikamente durch den Entwicklungsprozess zu bringen, und erhöht die Zulassungswahrscheinlichkeit. Folglich können Hersteller von Arzneimitteln höhere Einnahmen und niedrigere Kosten verzeichnen.

Der Durchbruch liefert daher eine Blaupause für die Verwendung von Rydberg-Atomarrays zur Lösung einer Vielzahl kombinatorischer Optimierungsprobleme mit heutigen Quantencomputern.

Die Forschung wird auf der veröffentlicht arXiv Preprint-Server.