研究者が量子コンピュータの測定方法を開発

ウォータールー大学の研究者は、量子コンピュータの性能を測定する方法を開発し、機械のための普遍的な標準を確立するのに役立つ可能性があります。

新しい方法はサイクルベンチマーキングと呼ばれ、研究者はそれを使用して拡張可能な可能性を評価します。この方法はまた、さまざまな量子プラットフォームを互いに比較するために使用されます。

ジョエル・ウォールマンはウォータールーの数学部と量子コンピューティング研究所の助教授です。

「この発見は、パフォーマンスの標準を確立し、大規模で実用的な量子コンピュータを構築する努力を強化するための長い道のりになる可能性があります」とウォールマンは述べました。「量子システム内のエラーを特徴付け、修正するための一貫した方法は、量子プロセッサの評価方法の標準化を提供し、さまざまなアーキテクチャの進歩を公平に比較できるようにします」。

サイクルベンチマーキングは、量子コンピューティングのユーザーが競合するハードウェアプラットフォームを比較し、各プラットフォームの機能を高め、さまざまなソリューションを開発するのに役立ちます。

現在、量子コンピューティングの競争は世界中で明らかになっています。クラウド量子コンピューティングプラットフォームとサービスは増加しており、Microsoft、IBM、Googleなどの大手企業は新しいテクノロジーを不断に開発しています。

サイクルベンチマーキング方法は、ランダム化されたコンパイルを介して実装される任意の量子コンピューティングアプリケーションに対するエラーの合計確率を決定することによって機能します。サイクルベンチマーキングは、量子プロセッサの機能を測定および比較するための最初のクロスプラットフォーム手段を提供し、ユーザーが作業しているアプリケーションに応じてカスタマイズされます。

ジョセフ・エマーソンはIQCの教員です。

「Googleの最近の量子優位性の達成により、私はこれを「量子発見の時代」と呼んでいます」とエマーソンは述べました。「これは、エラーのある量子コンピュータが興味深い計算問題のソリューションを提供することを意味しますが、そのソリューションの品質は、ハイパフォーマンスコンピュータによって検証できなくなります」。

「サイクルベンチマーキングは、この新しい量子発見の時代に量子コンピューティングのソリューションを改善および検証するための必要なソリューションを提供するため、興奮しています」。

エマーソンとウォールマンは、IQCのスピンオフであるQuantum Benchmark Inc.を設立しました。この会社は、GoogleのQuantum AI Effortを含む量子コンピューティング分野の世界をリードする企業にテクノロジーをライセンスしています。

量子力学は、量子コンピュータを非常に強力な計算機械に変えました。量子コンピュータは、従来のコンピュータやデジタルコンピュータよりも複雑な問題を効率的に解決できます。

キュービットは量子コンピュータの基本的な処理単位ですが、非常に繊細です。システム内の不完全性やノイズの源は、量子計算で不正確なソリューションにつながるエラーを引き起こす可能性があります。

量子コンピューティングをさらに進めるための第一歩は、1つまたは2つのキュービットを持つ小規模な量子コンピュータを制御することです。大規模な量子コンピュータは、機械学習や複雑なシステムシミュレーションなどのより複雑なタスクを実行でき、新しい医薬品の発見などの進歩につながる可能性があります。しかし、大規模な量子コンピュータを設計することはより困難で、キュービットが追加され、量子システムが拡大するにつれてエラーの可能性も増大します。

量子システムを特徴付けることで、ノイズとエラーのプロファイルが生成されます。これは、プロセッサが要求された計算を実行しているかどうかを示します。すべての重要なエラーを特徴付ける必要があり、量子コンピュータの性能を理解したり拡大したりするために必要です。

ウォールマン、エマーソン、インスブルック大学の研究者グループは、量子コンピュータに影響を与えるすべてのエラー率を評価する方法を開発しました。この新しいテクニックはインスブルック大学のイオントラップ量子コンピュータに実装され、エラー率は量子コンピュータのサイズが拡大するにつれて上昇しないことがわかりました。

「サイクルベンチマーキングは、量子コンピュータの全体的な設計を拡大するための正しい道にいるかどうかを信頼性高く確認するための最初の方法です」とウォールマンは述べました。「これらの結果は重要です。なぜなら、すべての量子コンピューティングプラットフォームでエラーを包括的に特徴付ける方法を提供するからです」。