Forskere udvikler metode til måling af kvantecomputere

Forskere ved University of Waterloo har udviklet en metode til at måle 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 kvantaplatforme med hinanden. 

Joel Wallman er en assistant professor ved Waterloos Faculty of Mathematics and Institute for Quantum Computing.

“Dette fund kan gå langt i retning af at etablere standarder for præstation og styrke bestræbelserne på at bygge en stor skala, praktisk kvantecomputer,” sagde Wallman. “En konsekvent metode til at karakterisere og korrigere fejl i kvantesystemer giver standardisering for måden, en kvanteprocessor vurderes på, og det tillader, at fremgang i forskellige arkitekturer kan sammenlignes retfærdigt.”

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

På dette tidspunkt er kvantecomputerræset blevet tydeligt over hele verden. Antallet af cloud-kvantecomputere og tilbud er stigende, og store virksomheder som Microsoft , IBM og Google (GOOGL ) udvikler konstant nye teknologier. 

Cycle benchmarking-metoden fungerer ved at bestemme den samlede fejlprocent under enhver given kvantecomputering. Dette sker, når anvendelsen implementeres gennem randomiseret kompilering. Cycle benchmarking giver den første cross-platform-måde at måle og sammenligne kvanteprocessorers kapaciteter på, og det tilpasses afhængigt af de anvendelser, brugerne arbejder med. 

Joseph Emerson er en medlem af IQC.

“Takket være Googles seneste opnåelse af kvantesuperioritet er vi nu ved daggryet af det, 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 at forbedre og validere kvantecomputingsløsninger i denne nye æra af kvanteopdagelse.”

Emerson og Wallman grundlagde Quantum Benchmark Inc., en IQC-spin-off. Det licenserede teknologien til førende virksomheder inden for kvantecomputering, herunder Googles Quantum AI-bevægelse.

Kvantemekanik 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 form for imperfektion eller støj i systemet kan føre til bestemte fejl, der forårsager forkerte løsninger under en kvanteberegning.

Det første skridt til at gå videre med kvantecomputering er at få kontrol over en lille skala kvantecomputer med en eller to qubits. En større kvantecomputer kunne udføre mere komplekse opgaver, såsom maskinel læring eller komplekse systemsimulation, hvilket kunne føre til fremskridt som opdagelsen af nye lægemidler. Problemet er, at det er mere udfordrende at konstruere en større kvantecomputer, og muligheden for fejl er større, når qubits tilføjes og kvantesystemet skalerer. 

En profil af støj og fejl produceres, når et kvantesystem karakteriseres. Dette indikerer, om processoren udfører de beregninger, det er bedt om. Alle betydelige 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 fejlhastigheder, der påvirker en kvantecomputer. Den nye teknik blev implementeret for ion-fælde-kvantecomputeren ved University of Innsbruck, og den fandt, at fejlhastighederne ikke stiger, når størrelsen af kvantecomputeren skalerer op. 

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