Ερευνητές Αναπτύσσουν Μέθοδο για τη Μέτρηση των Υπολογιστών Κουαντών

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Γουότερλου έχουν αναπτύξει μια μέθοδο για τη μέτρηση της απόδοσης των υπολογιστών κουαντών, και αυτό μπορεί να βοηθήσει στην καθιέρωση καθολικών προτύπων για τις μηχανές. 

Η νέα μέθοδος ονομάζεται κυκλική βάση αναφοράς, και οι ερευνητές τη χρησιμοποιούν για να αξιολογήσουν το δυναμικό της κλιμάκωσης. Η μέθοδος χρησιμοποιείται επίσης για τη σύγκριση διαφορετικών πλατφορμών κουαντών μεταξύ τους. 

Ο Joel Wallman είναι αναπληρωτής καθηγητής στη Σχολή Μαθηματικών και στο Ινστιτούτο Κουαντικών Υπολογισμών του Γουότερλου.

“Αυτή η ανακάλυψη μπορεί να πάνε μακρύτερα για την καθιέρωση προτύπων για την απόδοση και να ενισχύσει την προσπάθεια για την κατασκευή ενός μεγάλης κλίμακας, πρακτικού υπολογιστή κουαντών”, είπε ο Wallman. “Μια συνεπής μέθοδος για την χαρακτηριστική και τη διόρθωση των σφαλμάτων στα συστήματα κουαντών παρέχει стандάρδωση για τον τρόπο με τον οποίο αξιολογείται ένας υπολογιστής κουαντών, επιτρέποντας την πρόοδο σε διαφορετικές αρχιτεκτονικές να συγκριθεί δίκαια.”

Η κυκλική βάση αναφοράς βοηθά τους χρήστες των υπολογιστών κουαντών να συγκρίνουν ανταγωνιστικές πλατφόρμες υλικού και να αυξήσουν την ικανότητα κάθε πλατφόρμας να βρει λύσεις για ό,τι δουλεύουν. 

Σε αυτό το σημείο, ο αγώνας των υπολογιστών κουαντών γίνεται ολοφάνερη σε όλο τον κόσμο. Η ποσότητα των πλατφορμών υπολογιστών κουαντών στο cloud και των προσφερόμενων υπηρεσιών αυξάνεται, και μεγάλες εταιρείες όπως η Microsoft, η IBM και η Google αναπτύσσουν συνεχώς νέες τεχνολογίες. 

Η μέθοδος της κυκλικής βάσης αναφοράς λειτουργεί με τον καθορισμό της συνολικής πιθανότητας σφάλματος υπό οποιαδήποτε δεδομένη εφαρμογή υπολογιστή κουαντών. Αυτό συμβαίνει όταν η εφαρμογή υλοποιείται μέσω τυχαίας σύνθεσης. Η κυκλική βάση αναφοράς παρέχει το πρώτο δια-πλατφορμικό μέσο μέτρησης και σύγκρισης των ικανοτήτων των υπολογιστών κουαντών, και είναι προσαρμοσμένη ανάλογα με τις εφαρμογές που δουλεύουν οι χρήστες. 

Ο Joseph Emerson είναι μέλος της σχολής στο Ινστιτούτο Κουαντικών Υπολογισμών.

“Χάρη στην πρόσφατη επιτυχία της Google στην κυριαρχία των υπολογιστών κουαντών, βρισκόμαστε τώρα στην αυγή της εποχής της `κουαντικής ανακάλυψης’, είπε ο Emerson. “Αυτό σημαίνει ότι οι υπολογιστές κουαντών με σφάλματα θα παρέχουν λύσεις σε ενδιαφέρουσες υπολογιστικές προβλήματα, αλλά η ποιότητα των λύσεων τους δεν μπορεί πλέον να επαληθευτεί από υπολογιστές υψηλής απόδοσης.

“Είμαστε ενθουσιασμένοι γιατί η κυκλική βάση αναφοράς παρέχει μια πολύ αναγκαία λύση για την βελτίωση και την επικύρωση των λύσεων υπολογιστών κουαντών σε αυτή την εποχή της κουαντικής ανακάλυψης.”

Ο Emerson και ο Wallman ίδρυσαν την Quantum Benchmark Inc., một spin-off του Ινστιτούτου Κουαντικών Υπολογισμών. Άδειασε την τεχνολογία σε εταιρείες που ηγούνται στον τομέα των υπολογιστών κουαντών, συμπεριλαμβανομένης της προσπάθειας Quantum AI της Google.

Η μηχανική των κουαντών μετέτρεψε τους υπολογιστές κουαντών σε εξαιρετικά ισχυρές μηχανές για υπολογισμούς. Οι υπολογιστές κουαντών είναι ικανοί να λύνουν σύνθετα προβλήματα πιο αποτελεσματικά από τους παραδοσιακούς ή ψηφιακούς υπολογιστές. 

Οι quibits είναι η βασική μονάδα επεξεργασίας σε einen υπολογιστή κουαντών, αλλά είναι εξαιρετικά εύθραυστοι. Οποιαδήποτε तरह ατελειότητας ή πηγή θορύβου στο σύστημα μπορεί να οδηγήσει σε ορισμένα σφάλματα που προκαλούν λανθασμένες λύσεις σε einen υπολογισμό κουαντών.

Ο πρώτος βήμας για να προχωρήσουμε με τους υπολογιστές κουαντών είναι να αποκτήσουμε έλεγχο над einen μικρόκοσμο υπολογιστή κουαντών με ένα ή δύο quibits. Ένας μεγαλύτερος υπολογιστής κουαντών θα μπορούσε να εκτελέσει πιο σύνθετες εργασίες όπως η μηχανική μάθηση ή η προσομοίωση σύνθετων συστημάτων, που θα μπορούσε να οδηγήσει σε προόδους όπως η ανακάλυψη νέων φαρμάκων. Το πρόβλημα είναι ότι η μηχανική ενός μεγαλύτερου υπολογιστή κουαντών είναι πιο δύσκολη, και η πιθανότητα σφάλματος είναι μεγαλύτερη καθώς οι quibits προστίθενται και το σύστημα κουαντών κλιμακώνεται. 

Ένα προφίλ του θορύβου και των σφαλμάτων παράγεται όταν ένα σύστημα κουαντών χαρακτηρίζεται. Αυτό δείχνει αν ο επεξεργαστής εκτελεί τους υπολογισμούς που ζητούνται. Όλα τα σημαντικά σφάλματα πρέπει να χαρακτηρισθούν για να κατανοηθεί η απόδοση ενός υπολογιστή κουαντών ή να κλιμακωθεί. 

Ο Wallman, ο Emerson και μια ομάδα ερευνητών στο Πανεπιστήμιο του Ίνσμπρουκ ανέπτυξαν μια μέθοδο για να αξιολογήσουν όλους τους ρυθμούς σφαλμάτων που επηρεάζουν einen υπολογιστή κουαντών. Η νέα τεχνική εφαρμόστηκε για τον υπολογιστή куαντών με παγίδευση ιόντων στο Πανεπιστήμιο του Ίνσμπρουκ, και βρέθηκε ότι οι ρυθμοί σφαλμάτων δεν αυξάνονται καθώς η μεγέθυνση του υπολογιστή куαντών κλιμακώνεται. 

“Η κυκλική βάση αναφοράς είναι η πρώτη μέθοδος για την αξιόπιστη έλεγχο αν είστε στην σωστή πορεία για την κλιμάκωση του συνολικού σχεδιασμού του υπολογιστή κουαντών”, είπε ο Wallman. “Αυτά τα αποτελέσματα είναι σημαντικά γιατί παρέχουν έναν ολοκληρωμένο τρόπο χαρακτηρισμού σφαλμάτων σε όλες τις πλατφόρμες υπολογιστών κουαντών.”