Ερευνητές Αναπτύσσουν Μέθοδο για τη Μέτρηση των Υπολογιστών Κουαντικών

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Γουότερλου έχουν αναπτύξει μια μέθοδο για τη μέτρηση της απόδοσης των υπολογιστών κουαντικών, 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 κουαντικών υπολογιστών μεταξύ τους. 

Ο Joel Wallman είναι αναπληρωτής καθηγητής tại το Τμήμα Μαθηματικών και το Ινστιτούτο Κουαντικών Υπολογιστών του Γουότερλου.

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

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

Σε αυτό το σημείο, ο αγώνας των υπολογιστών κουαντικών γίνεται ορατός σε όλο τον κόσμο. Η ποσότητα των πλατφορμών υπολογιστών κουαντικών στο cloud και των προσφορών αυξάνεται, και μεγάλες εταιρείες όπως η Microsoft , η IBM και η Google (GOOGL ) αναπτύσσουν συνεχώς νέα τεχνολογία. 

Η μέθοδος της κυκλικής βάσης αναφοράς λειτουργεί καθορίζοντας την συνολική πιθανότητα σφάλματος υπό οποιαδήποτε εφαρμογή υπολογιστή κουαντικού. Αυτό συμβαίνει όταν η εφαρμογή εφαρμόζεται μέσω τυχαίας σύνθεσης. Η κυκλική βάση αναφοράς παρέχει τον πρώτο δια-πλατφορμικό τρόπο μέτρησης και σύγκρισης των ικανοτήτων των επεξεργαστών κουαντικών, και είναι εξατομικευμένη ανάλογα με τις εφαρμογές που εργάζονται οι χρήστες. 

Ο Joseph Emerson είναι μέλος του προσωπικού στο Ινστιτούτο Κουαντικών Υπολογιστών.

“Χάρη στην πρόσφατη επίτευξη της υπεροχής των υπολογιστών κουαντικών από τη Google, βρισκόμαστε τώρα στην αυγή της εποχής της `κουαντικής ανακάλυψης’, είπε ο Emerson. “Αυτό σημαίνει ότι οι υπολογιστές κουαντικοί που είναι ευάλωτοι σε σφάλματα θα παράγουν λύσεις σε ενδιαφέρουσες υπολογιστικές προβλήματα, αλλά η ποιότητα των λύσεων τους δεν μπορεί πλέον να ελεγχθεί από υπολογιστές υψηλής απόδοσης.

“Είμαστε ενθουσιασμένοι επειδή η κυκλική βάση αναφοράς παρέχει μια πολύ необходимή λύση για τη βελτίωση και την επικύρωση των λύσεων υπολογιστών κουαντικών σε αυτήν την εποχή της κουαντικής ανακάλυψης.”

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

Η μηχανική των κουαντίων μετέτρεψε τους υπολογιστές κουαντικούς σε εξαιρετικά ισχυρές μηχανές υπολογισμού. Οι υπολογιστές κουαντικοί είναι ικανοί να λύνουν σύνθετα προβλήματα πιο αποτελεσματικά από τους παραδοσιακούς ή ψηφιακούς υπολογιστές. 

Τα quibits είναι η βασική μονάδα επεξεργασίας σε einen υπολογιστή κουαντικού, αλλά είναι εξαιρετικά εύθραυστα. Οποιαδήποτε imperfection ή πηγή θορύβου στο σύστημα μπορεί να οδηγήσει σε bestimmμένα σφάλματα που προκαλούν λανθασμένες λύσεις σε μια куαντική υπολογιστική διαδικασία.

Ο πρώτος βήμας για να προχωρήσουμε με τους υπολογιστές κουαντικούς είναι να αποκτήσουμε έλεγχο над einen μικρό κλίμακας υπολογιστή κουαντικού με ένα ή δύο quibits. Ένας μεγαλύτερος υπολογιστής κουαντικός θα μπορούσε να εκτελέσει πιο σύνθετες εργασίες όπως η μηχανική μάθηση ή η模拟ση σύνθετων συστημάτων, η οποία θα μπορούσε να οδηγήσει σε προόδους όπως η ανακάλυψη νέων φαρμάκων. Το πρόβλημα είναι ότι η κατασκευή ενός μεγαλύτερου υπολογιστή κουαντικού είναι πιο δύσκολη, και η πιθανότητα σφάλματος είναι μεγαλύτερη καθώς προστίθενται quibits και το σύστημα куαντικών κλιμακώνεται. 

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

Ο Wallman, ο Emerson και μια ομάδα ερευνητών στο Πανεπιστήμιο του Ίνσμπρουκ ανέπτυξαν μια μέθοδο για να αξιολογήσουν όλα τα ποσοστά σφαλμάτων που επηρεάζουν einen υπολογιστή κουαντικού. Η νέα τεχνική εφαρμόστηκε για τον υπολογιστή куαντικού με ιόντα στο Πανεπιστήμιο του Ίνσμπρουκ, και βρέθηκε ότι τα ποσοστά σφαλμάτων δεν αυξάνονται καθώς το μέγεθος του υπολογιστή куαντικού κλιμακώνεται. 

“Η κυκλική βάση αναφοράς είναι η πρώτη μέθοδος για την αξιόπιστη ελέγχου αν είστε στη σωστή πορεία για την κλιμάκωση του γενικού σχεδιασμού του υπολογιστή κουαντικού,” είπε ο Wallman. “Αυτά τα αποτελέσματα είναι σημαντικά επειδή παρέχουν έναν ολοκληρωμένο τρόπο χαρακτηριστικών σφαλμάτων σε όλες τις πλατφόρμες υπολογιστών куαντικών.”