Kvanttitietokoneet tarkistavat toistensa tarkkuutta

Kvanttitietokoneet kehittyvät uskomattoman nopeasti, ja ne ovat yksi tärkeimmistä työkaluistamme suurten laskentaprobleemien ratkaisemiseen. Kvanttitietokoneet ovat kuitenkin herkkästi ulkoisille vaikutuksille ja alttiita virheille, mikä voi vaikuttaa niiden tarkkuuteen.

Jotkut kvanttitietokoneet eivät enää voida itsenäisesti vahvistaa klassisten tietokoneiden simulaatioiden avulla, joten tutkijat etsivät uusia keinoja tarkistaa niiden tarkkuutta.

Tutkimus julkaistiin Physical Review X -lehdessä.

Chiara Greganti on fyysikko Wienin yliopistossa.

“Jotta voisimme hyödyntää tulevia kvanttitietokoneita kriittisissä laskelmissa, tarvitsemme keinoa varmistaa, että tulokset ovat oikein, vaikka emme voisi suorittaa laskelmia muilla tavoin”, sanoo Greganti.

Kvanttitietokoneet tarkistavat toistensa tarkkuutta

Tutkijaryhmä kehitti ja toteutti menetelmän, joka mahdollistaa kvanttitietokoneiden tarkistamisen toistensa tuloksia. Laitteet ovat toisistaan riippumattomia, mutta periaatteessa erilaisia.

Martin Ringbauer on Innsbruckin yliopistosta.

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

Tutkijaryhmä pystyy generoimaan useita erilaisia laskelmia yhteisestä lähteestä riippumatta graafirakenteisiin perustuvasta kvanttitietokoneen mallista.

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

Menetelmän toteutus

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

• Suprajohtavat piirit
• Loukutetut ioni
• Fotoniikka
• Ydinmagneettinen resonanssi

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

Uusi menetelmä ei myöskään vaadi, että tutkijat tarkastelevat koko laskelman tulosta, mikä on usein aikaa vievää.

Tommaso Demarie on Entropica Labsista Singaporessa.

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

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

Tutkijaryhmään kuuluu yliopiston tutkijoita ja kvanttitietokoneiden asiantuntijoita useista yrityksistä.

Joe Fitzsimons on Horizon Quantum (HQ ) Computingista Singaporessa.

“Tämä tiivis yhteistyö akatemioiden ja teollisuuden välillä on se, mikä tekee tästä tutkimuksesta ainutlaatuisen sosiaalisesta näkökulmasta”, sanoo Fitzsimons. “Vaikka jotkut tutkijat siirtyvät yrityksiin, he jatkavat osallistumista yhteiseen ponnisteluun, jossa kvanttitietokoneet tehdään luotettaviksi ja hyödyllisiksi.”