Onderzoekers ontwikkelen methode voor het meten van quantumcomputers

Onderzoekers aan de Universiteit van Waterloo hebben een methode ontwikkeld om de prestaties van quantumcomputers te meten, en dit kan helpen om universele standaarden voor deze machines te vestigen. 

De nieuwe methode heet cycled benchmarking, en onderzoekers gebruiken deze om het potentieel voor schaalvergroting te beoordelen. De methode wordt ook gebruikt om verschillende quantumplatforms met elkaar te vergelijken. 

Joel Wallman is een assistent-professor aan de Faculteit Wiskunde en het Instituut voor Quantum Computing van Waterloo.

“Deze vinding kan een lange weg gaan om standaarden voor prestaties te vestigen en de inspanning te versterken om een grote, praktische quantumcomputer te bouwen,” zei Wallman. “Een consistente methode voor het karakteriseren en corrigeren van fouten in quantumsystemen biedt standaardisatie voor de manier waarop een quantumprocessor wordt beoordeeld, waardoor vooruitgang in verschillende architectuur kan worden vergeleken.”

Cycle Benchmarking helpt gebruikers van quantumcomputers om concurrerende hardwareplatforms te vergelijken en de mogelijkheden van elk platform te vergroten om oplossingen te vinden voor hun projecten.

Op dit moment wordt de quantumcomputerrace over de hele wereld zichtbaar. Het aantal cloud-quantumcomputingplatforms en -aanbod neemt toe, en grote bedrijven als Microsoft , IBM en Google (GOOGL ) ontwikkelen constant nieuwe technologie. 

De cycle benchmarking-methode werkt door de totale foutkans te bepalen onder alle quantumcomputingtoepassingen. Dit gebeurt wanneer de toepassing wordt geïmplementeerd via randomized compiling. Cycle benchmarking biedt de eerste cross-platformmethode om de mogelijkheden van quantumprocessors te meten en te vergelijken, en het is aangepast aan de toepassingen waar de gebruikers aan werken. 

Joseph Emerson is een faculteitslid van het IQC.

“Dankzij Google’s recente prestatie van quantumsuprematie, zijn we nu aan de vooravond van wat ik de ‘quantumontdekkingsperiode’ noem,” zei Emerson. “Dit betekent dat foutgevoelige quantumcomputers oplossingen zullen bieden voor interessante berekeningsproblemen, maar de kwaliteit van hun oplossingen kan niet langer worden geverifieerd door high-performancecomputers.

“We zijn enthousiast omdat cycle benchmarking een veelgevraagde oplossing biedt voor het verbeteren en valideren van quantumcomputingoplossingen in deze nieuwe periode van quantumontdekking.”

Emerson en Wallman richtten Quantum Benchmark Inc. op, een spin-off van het IQC. Het licentieerde de technologie aan toonaangevende bedrijven in het quantumcomputingveld, waaronder Google’s Quantum AI-inspanning.

Quantummechanica maakte quantumcomputers tot extreem krachtige machines voor berekeningen. Quantumcomputers zijn in staat om complexe problemen efficiënter op te lossen dan traditionele of digitale computers. 

Quibits zijn de basisverwerkingseenheid in een quantumcomputer, maar ze zijn extreem kwetsbaar. Elke vorm van imperfectie of ruis in het systeem kan leiden tot bepaalde fouten die onjuiste oplossingen veroorzaken onder een quantumcomputatie.

De eerste stap om verder te gaan met quantumcomputing is om controle te krijgen over een kleine quantumcomputer met één of twee quibits. Een grotere quantumcomputer kan complexere taken uitvoeren, zoals machine learning of complexe systeemsimulatie, wat kan leiden tot vooruitgang zoals de ontdekking van nieuwe farmaceutische medicijnen. Het probleem is dat het ontwerpen van een grotere quantumcomputer moeilijker is, en de kans op fouten is groter naarmate quibits worden toegevoegd en het quantum systeem schaalvergroot. 

Een profiel van de ruis en fouten wordt gegenereerd wanneer een quantum systeem wordt gekarakteriseerd. Dit geeft aan of de processor de berekeningen uitvoert die het wordt gevraagd. Alle significante fouten moeten worden gekarakteriseerd om de prestaties van een quantumcomputer te begrijpen of om op te schalen. 

Wallman, Emerson en een groep onderzoekers aan de Universiteit van Innsbruck ontwikkelden een methode om alle fouttarieven te beoordelen die een quantumcomputer beïnvloeden. De nieuwe techniek werd geïmplementeerd voor de ion-valquantumcomputer aan de Universiteit van Innsbruck, en het bleek dat de fouttarieven niet toenemen naarmate de grootte van de quantumcomputer toeneemt. 

“Cycle benchmarking is de eerste methode voor het betrouwbaar controleren of je op de juiste weg bent om het algehele ontwerp van je quantumcomputer op te schalen,” zei Wallman. “Deze resultaten zijn significant omdat ze een uitgebreide manier bieden om fouten te karakteriseren over alle quantumcomputingplatforms.”