Kwantumcomputers controleren de nauwkeurigheid van elkaar

Kwantumcomputers ontwikkelen zich ontzettend snel en zijn een van onze belangrijkste instrumenten voor het oplossen van grote rekenproblemen. Echter, kwantumcomputers zijn gevoelig voor externe invloeden en zijn vatbaar voor fouten, wat hun nauwkeurigheid kan beïnvloeden.

Omdat sommige kwantumcomputers niet langer onafhankelijk kunnen worden geverifieerd door middel van simulatie met klassieke computers, zoeken onderzoekers naar nieuwe manieren om hun nauwkeurigheid te controleren.

Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review X.

Chiara Greganti is een natuurkundige aan de Universiteit van Wenen.

“Om volledig gebruik te kunnen maken van toekomstige kwantumcomputers voor kritische berekeningen, hebben we een manier nodig om ervoor te zorgen dat de uitvoer correct is, zelfs als we de berekening in kwestie niet op andere wijze kunnen uitvoeren,” zegt Greganti.

Kwantumcomputers controleren elkaar

Het team heeft een methode ontwikkeld en geïmplementeerd om kwantumcomputers in staat te stellen de resultaten van een berekening van een andere te controleren. De apparaten zijn verwant, maar fundamenteel verschillend van elkaar.

Martin Ringbauer is van de Universiteit van Innsbruck.

“We vragen verschillende kwantumcomputers om verschillende willekeurig lijkende berekeningen uit te voeren,” zegt Ringbauer. “Wat de kwantumcomputers niet weten, is dat er een verborgen verbinding is tussen de berekeningen die ze uitvoeren.”

Het team kan meerdere verschillende berekeningen genereren vanuit een gemeenschappelijke bron door te vertrouwen op een alternatief model van kwantumcomputing dat is gebaseerd op grafische structuren.

“Hoewel de resultaten willekeurig lijken en de berekeningen verschillend zijn, zijn er bepaalde uitvoeren die moeten overeenkomen als de apparaten correct werken,” vervolgt hij.

De methode implementeren

Het team heeft de methode geïmplementeerd op vijf huidige kwantumcomputers die vier verschillende hardwaretechnologieën gebruiken:

• Supergeleidende schakelingen
• Vastgelegde ionen
• Fotonica
• Kernmagnetische resonantie

De methode werkt op huidige hardware en vereist geen speciale vereisten. Het team heeft ook aangetoond dat de techniek kan worden gebruikt om een enkel apparaat tegen zichzelf te controleren. De twee resultaten komen alleen overeen als ze beide correct zijn, en dit komt door de berekeningen die sterk verschillend zijn.

De nieuwe techniek vereist ook niet dat de onderzoekers naar het volledige resultaat van de berekening kijken, wat vaak tijdrovend is.

Tommaso Demarie is van Entropica Labs in Singapore.

Het is genoeg om te controleren hoe vaak de verschillende apparaten overeenkomen voor de gevallen waarin ze dat zouden moeten, wat zelfs kan worden gedaan voor zeer grote kwantumcomputers,” zegt Demarie.

Deze nieuwe techniek is vooral belangrijk omdat kwantumcomputers steeds vaker beschikbaar komen, zodat ze kunnen helpen ervoor te zorgen dat deze apparaten doen wat ze moeten doen.

Het team dat aan deze techniek werkt, bestaat uit universitaire onderzoekers en experts uit de kwantumcomputingindustrie van meerdere bedrijven.

Joe Fitzsimons is van Horizon Quantum (HQ ) Computing in Singapore.

“Deze nauwe samenwerking tussen academici en industrie is wat deze publicatie uniek maakt vanuit een sociologisch perspectief,” zegt Fitzsimons. “Terwijl er een progressieve verschuiving is met sommige onderzoekers die naar bedrijven verhuizen, blijven ze bijdragen aan de gemeenschappelijke inspanning om kwantumcomputing betrouwbaar en nuttig te maken.”