Kvanttitietokoneet tarkistavat toistensa tarkkuutta

Kvanttitietokoneet kehittyvät uskomattoman nopeasti, ja ne ovat yksi suurimmista työkaluistamme suurten laskentaprobleemien ratkaisemiseen. Kvanttitietokoneet ovat kuitenkin herkkästi ulkoisten vaikutusten ja virheiden vaikutukselle, mikä voi vaikuttaa niiden tarkkuuteen. 

Jotkut kvanttitietokoneet eivät enää voida itsenäisesti vahvistaa simulaation kautta klassisilla tietokoneilla, joten tutkijat etsivät uusia keinoja tarkistaa niiden tarkkuutta. 

Tutkimus julkaistiin lehdessä Physical Review X. 

Chiara Greganti on fyysikko Wienin yliopistossa. 

“Jotta voisimme hyödyntää tulevaisuuden kvanttitietokoneita kriittisiin laskelmiin, meidän on oltava varmoja, että tulokset ovat oikein, vaikka emme voi suorittaa kyseistä laskentaa muilla keinoilla,” sanoo Greganti.

Kvanttitietokoneet tarkistavat toisiaan

Tutkijaryhmä kehitti ja toteutti menetelmän, joka mahdollistaa kvanttitietokoneiden tarkistamisen toistensa tuloksia. Laitteet ovat toisistaan riippumattomia, mutta perustuvat samaan periaatteeseen. 

Martin Ringbauer on Innsbruckin yliopistosta.

“Pyydämme eri kvanttitietokoneita suorittamaan erilaisia satunnaisen näköisiä laskelmia,” sanoo Ringbauer. “Kvanttitietokoneet eivät tiedä, että niiden suorittamien laskelmien välillä on piilotettu yhteys.” 

Tutkijaryhmä pystyy generoimaan useita eri laskelmia yhteisestä lähteestä luottamalla vaihtoehtoiseen kvanttilaskennan malliin, joka perustuu graafirakenteisiin.

“Vaikka tulokset näyttävät satunnaisilta ja laskelmat ovat erilaisia, on tiettyjä tuloksia, jotka on oltava yhteneväisiä, jos laitteet toimivat oikein,” hän jatkoi.

Menetelmän toteutus

Tutkijaryhmä toteutti menetelmän viidellä nykyisellä kvanttitietokoneella, jotka käyttävät neljää eri laitteistoteknologiaa:

• Suprajohtavat piirit
• Loukutetut ioni
• Fotoniikka
• Ydinmagneettinen resonanssi

Menetelmä toimii nykyisillä laitteilla eikä vaadi erityisiä vaatimuksia. Tutkijaryhmä osoitti myös, että tekniikkaa voidaan käyttää yksittäisen laitteen tarkistamiseen itsensä suhteen. Kaksi tulosta ovat yhteneväisiä vain, jos ne molemmat ovat oikein, ja tämä johtuu laskelmien korkeasta erilaisuudesta. 

Uusi tekniikka ei myöskään vaadi, että tutkijoiden on tarkasteltava koko laskelman tulosta, mikä on usein aikaa vievää.

Tommaso Demarie on Entropica Labsista Singaporessa.

Riittää tarkastella, kuinka usein eri laitteet ovat yhteneväisiä tapauksissa, joissa niiden on oltava, mikä voidaan tehdä jopa hyvin suurten kvanttitietokoneiden osalta,” sanoo Demarie.

Tämä uusi tekniikka on erityisen tärkeä, koska kvanttitietokoneet ovat yhä enemmän saatavilla, joten se voi auttaa varmistamaan, että nämä laitteet toimivat odotetusti.

Tutkijaryhmä, joka työskentelee tämän tekniikan parissa, koostuu yliopistotutkijoista ja kvanttitietokoneiden teollisuuden asiantuntijoista useista yrityksistä. 

Joe Fitzsimons on Horizon Quantum Computingista Singaporessa. 

“Tämä akateemisen ja teollisen yhteistyön lähentyminen on se, mikä tekee tästä tutkimuksesta ainutlaatuisen sosiaalisesta näkökulmasta,” sanoo Fitzsimons. “Vaikka jotkut tutkijat siirtyvät yrityksiin, he jatkavat yhteisen ponnistelun tekemistä kvanttitietokoneiden luotettavuuden ja hyödyllisyyden parantamiseksi.”