Forskere udvikler metode til måling af kvantecomputere

Forskere ved University of Waterloo har udviklet en metode til måling af kvantecomputernes præstation, og det kunne hjælpe med at etablere universelle standarder for maskinerne. 

Den nye metode kaldes cycled benchmarking, og forskerne bruger den til at vurderer mulighederne for skalerbarhed. Metoden bruges også til at sammenligne forskellige kvantecomputingsplatforme med hinanden. 

Joel Wallman er adjunkt ved Waterloos matematiske fakultet og Institute for Quantum Computing.

“Denne opdagelse kunne gå langt mod at etablere standarder for præstation og styrke bestræbelserne på at bygge en stor, praktisk kvantecomputer,” sagde Wallman. “En konsekvent metode til karakterisering og korrektion af fejl i kvantesystemer giver standardisering for, hvordan en kvanteprocessor vurderes, og det tillader, at fremgang i forskellige arkitekturer kan sammenlignes retfærdigt.”

Cycle Benchmarking hjælper kvantecomputingbrugere med at sammenligne konkurrerende hardwareplatforme og øge kapaciteten af hver platform til at komme med løsninger for det, de arbejder på.

På dette tidspunkt bliver kvantecomputerræset synligt over hele verden. Antallet af cloud-kvantecomputingsplatforme og tilbud stiger, og store virksomheder som Microsoft, IBM og Google udvikler konstant nye teknologier. 

Cycle benchmarking-metoden fungerer ved at bestemme den totale fejlprocent under enhver given kvantecomputingapplikation. Dette sker, når applikationen implementeres gennem randomiseret kompilering. Cycle benchmarking giver den første tværgående måde at måle og sammenligne kvanteprocessorers kapaciteter, og det tilpasses afhængigt af de applikationer, brugerne arbejder på. 

Joseph Emerson er medlem af IQC.

“Takket være Googles seneste opnåelse af kvantesupremati, er vi nu ved daggryet for, hvad jeg kalder `kvanteopdagelsesæraen’, sagde Emerson. “Dette betyder, at fejlprægede kvantecomputere vil levere løsninger til interessante beregningsproblemer, men kvaliteten af deres løsninger kan ikke længere verificeres af højpræstationscomputere.

“Vi er begejstrede, fordi cycle benchmarking giver en meget nødvendig løsning til forbedring og validering af kvantecomputingløsninger i denne nye æra af kvanteopdagelse.”

Emerson og Wallman grundlagde Quantum Benchmark Inc., en IQC-afledt virksomhed. Den licenserede teknologien til førende virksomheder inden for kvantecomputingfeltet, herunder Googles Quantum AI-bevægelse.

Kvantemekanikken gjorde kvantecomputere til ekstremt kraftfulde maskiner til beregning. Kvantecomputere er i stand til at løse komplekse problemer mere effektivt end traditionelle eller digitale computere. 

Qubits er den grundlæggende procesenhed i en kvantecomputer, men de er ekstremt skrøbelige. Enhver type imperfektion eller støj i systemet kan føre til bestemte fejl, der giver forkerte løsninger under en kvanteberegning.

Det første skridt til at gå videre med kvantecomputing er at få kontrol over en lille kvantecomputer med en eller to qubits. En større kvantecomputer kunne udføre mere komplekse opgaver som maskinlæring eller kompleks system simulation, hvilket kunne føre til fremskridt som opdagelsen af nye lægemidler. Problemet er, at det er mere udfordrende at konstruere en større kvantecomputer, og fejlrisikoen er større, når qubits tilføjes og kvantesystemet skalerer. 

Et profil af støj og fejl produceres, når et kvantesystem karakteriseres. Dette indikerer, om processoren udfører de beregninger, det bedes om at gøre. Alle væsentlige fejl skal karakteriseres for at forstå kvantecomputernes præstation eller for at skala op. 

Wallman, Emerson og en gruppe forskere ved University of Innsbruck fandt en metode til at vurderer alle fejlrater, der påvirker en kvantecomputer. Den nye teknik blev implementeret for ion-fælde-kvantecomputeren ved University of Innsbruck, og den fandt, at fejlraterne ikke stiger, når kvantecomputernes størrelse skalerer op. 

“Cycle benchmarking er den første metode til pålideligt at kontrollere, om du er på rette spor for at skala op den overordnede design af din kvantecomputer,” sagde Wallman. “Disse resultater er betydningsfulde, fordi de giver en omfattende måde at karakterisere fejl på tværs af alle kvantecomputingsplatforme.”