Výzkumníci vyvinuli metodu pro měření kvantových počítačů

Výzkumníci na University of Waterloo vyvinuli metodu pro měření výkonu kvantových počítačů, a mohla by pomoci stanovit univerzální standardy pro tyto stroje. 

Nová metoda se nazývá cycled benchmarking, a výzkumníci ji používají k posouzení potenciálu škálovatelnosti. Metoda se také používá k porovnávání různých kvantových platforem navzájem. 

Joel Wallman je asistent profesora na Waterloo’s Faculty of Mathematics a Institute for Quantum Computing.

“Tento objev by mohl výrazně přispět ke stanovení standardů pro výkon a posílit úsilí o stavbu velkého, praktického kvantového počítače,” řekl Wallman. “Konzistentní metoda pro charakterizaci a opravu chyb v kvantových systémech poskytuje standardizaci pro způsob, jakým je kvantový procesor hodnocen, a umožňuje srovnání pokroku v různých architekturách.”

Cycle Benchmarking pomáhá uživatelům kvantového počítače porovnávat konkurenční hardwarové platformy a zvyšovat schopnosti každé platformy najít řešení pro danou úlohu.

V současné době se kvantová výpočetní soutěž stává zjevnou po celém světě. Počet cloudových kvantových počítačových platforem a nabídek se zvyšuje, a velké společnosti jako Microsoft, IBM a Google neustále vyvíjejí novou technologii. 

Metoda cycled benchmarking funguje tak, že určuje celkovou pravděpodobnost chyby při libovolné kvantové výpočetní aplikaci. To se děje, když je aplikace implementována prostřednictvím randomizovaného kompilace. Cycle benchmarking poskytuje první meziplatformní způsob měření a porovnávání schopností kvantových procesorů, a je přizpůsoben podle aplikací, na kterých uživatelé pracují. 

Joseph Emerson je členem fakulty IQC.

“Díky nedávnému úspěchu Googlu v oblasti kvantové supremacy, jsme nyní na úsvitu toho, co nazývám `kvantovou objevnou érou’, řekl Emerson. “To znamená, že chybové kvantové počítače budou poskytovat řešení zajímavých výpočetních problémů, ale kvalita jejich řešení již nemůže být ověřena pomocí high-performance počítačů.

“Jsme nadšeni, protože cycle benchmarking poskytuje potřebné řešení pro zlepšení a validaci kvantových počítačových řešení v této nové éře kvantového objevu.”

Emerson a Wallman založili společnost Quantum Benchmark Inc., spin-off IQC. Ta licencovala technologii vedoucím společnostem v oblasti kvantového počítače, včetně Googlu Quantum AI.

Kvantová mechanika proměnila kvantové počítače v extrémně výkonné stroje pro výpočet. Kvantové počítače jsou schopny řešit složitější problémy efektivněji než tradiční nebo digitální počítače. 

Qubity jsou základní procesní jednotkou v kvantovém počítači, ale jsou extrémně křehké. Jakékoli nedokonalosti nebo zdroje šumu v systému mohou vést k určitým chybám, které způsobují nesprávná řešení při kvantovém výpočtu.

Prvním krokem k dalšímu pokroku v oblasti kvantového počítače je získat kontrolu nad malým kvantovým počítačem s jedním nebo dvěma qubity. Více kvantový počítač by mohl provádět složitější úkoly, jako je strojové učení nebo simulace složitých systémů, což by mohlo vést k pokrokům, jako je objev nových léků. Problém je, že inženýrství většího kvantového počítače je náročnější, a možnost chyby je větší, když se přidávají qubity a kvantový systém se škáluje. 

Profiling šumu a chyb je produkován, když je kvantový systém charakterizován. To ukazuje, zda procesor provádí výpočty, které jsou požadovány. Všechny významné chyby musí být charakterizovány, aby se pochopil výkon kvantového počítače nebo aby se škálovalo. 

Wallman, Emerson a skupina výzkumníků na University of Innsbruck přišli s metodou, jak posoudit všechny chybové sazby ovlivňující kvantový počítač. Nová technika byla implementována pro iontový kvantový počítač na University of Innsbruck, a zjistila, že chybové sazby nerostou, když se velikost kvantového počítače škáluje. 

“Cycle benchmarking je první metoda pro spolehlivé ověření, zda jste na správné cestě pro škálování celkového designu vašeho kvantového počítače,” řekl Wallman. “Tyto výsledky jsou významné, protože poskytují komplexní způsob charakterizace chyb napříč všemi kvantovými počítačovými platformami.”