Forskere utvikler metode for å måle kvantecomputere

Forskere ved University of Waterloo har utviklet en metode for å måle ytelsen til kvantecomputere, og dette kan hjelpe med å etablere universelle standarder for maskinene. 

Den nye metoden kalles syklus-benchmarking, og forskerne bruker den til å vurdere potensialet for skalerbarhet. Metoden brukes også til å sammenligne ulike kvanteplassformer mot hverandre. 

Joel Wallman er en assistentprofessor ved Waterloo’s Faculty of Mathematics and Institute for Quantum Computing.

“Dette funn kan gå langt i å etablere standarder for ytelse og styrke arbeidet med å bygge en stor skala, praktisk kvantecomputer,” sa Wallman. “En konsistent metode for å karakterisere og korrigere feil i kvantesystemer gir standardisering for måten en kvanteprosessor vurderes, og tillater fremgang i ulike arkitekturer å sammenlignes rettferdig.”

Syklus-benchmarking hjelper kvantecomputere-brukere til å sammenligne konkurranse-utstyrplattformer og øke evnen til hver plattform til å komme med løsninger for hva de arbeider med.

På dette tidspunktet blir kvantecomputerracen synlig over hele verden. Antallet sky-kvantecomputere-plattformer og tilbud øker, og store selskaper som Microsoft , IBM og Google (GOOGL ) utvikler kontinuerlig ny teknologi. 

Syklus-benchmarking-metoden fungerer ved å bestemme den totale feilprobasjonen under en gitt kvantecomputere-applikasjon. Dette skjer når applikasjonen implementeres gjennom tilfeldig kompilering. Syklus-benchmarking gir den første plattform-uavhengige måten å måle og sammenligne evnen til kvanteprosessorer, og det tilpasses etter applikasjonene brukerne arbeider med. 

Joseph Emerson er en fakultetsmedlem ved IQC.

“Takk til Googles nylige oppnåelse av kvantesuperioritet, er vi nå ved daggryet til det jeg kaller `kvanteoppdagelsesæraen’, sa Emerson. “Dette betyr at feil-utsatte kvantecomputere vil levere løsninger til interessante beregningsproblemer, men kvaliteten på deres løsninger kan ikke lenger verifiseres av høy-ytelsescomputere.

“Vi er spente fordi syklus-benchmarking gir en meget nødvendig løsning for å forbedre og validere kvantecomputere-løsninger i denne nye æraen av kvanteoppdagelse.”

Emerson og Wallman grunnla Quantum Benchmark Inc., en IQC-spin-off. Det lisensierer teknologien til verdensledende selskaper innen kvantecomputere-feltet, inkludert Googles Quantum AI-tiltak.

Kvantemekanikken gjorde kvantecomputere til ekstremt kraftfulle maskiner for beregning. Kvantecomputere er i stand til å løse komplekse problemer mer effektivt enn tradisjonelle eller digitale computere. 

Qubitter er den grunnleggende prosesseringsenheten i en kvantecomputer, men de er ekstremt skjøre. Enhver type ufullkommenhet eller støy i systemet kan føre til bestemte feil som forårsaker feil løsninger under en kvanteberegning.

Det første skrittet til å gå videre med kvantecomputere er å få kontroll over en liten skala kvantecomputer med en eller to qubitter. En større kvantecomputer kunne utføre mer komplekse oppgaver som maskinlæring eller komplekse system-simulering, som kunne føre til fremgang som oppdagelsen av nye legemidler. Problemet er at å konstruere en større kvantecomputer er mer utfordrende, og muligheten for feil er større når qubitter legges til og kvantesystemet skalerer. 

En profil av støyen og feilene produseres når et kvantesystem karakteriseres. Dette indikerer om prosessoren utfører beregningene det er bedt om å gjøre. Alle betydelige feil må karakteriseres for å forstå ytelsen til en kvantecomputer eller å skalerer opp. 

Wallman, Emerson og en gruppe forskere ved University of Innsbruck kom opp med en metode for å vurdere alle feilrater som påvirker en kvantecomputer. Den nye teknikken ble implementert for ion-felle-kvantecomputeren ved University of Innsbruck, og den fant at feilrater ikke øker når størrelsen på kvantecomputeren skalerer opp. 

“Syklus-benchmarking er den første metoden for å pålitelig sjekke om du er på riktig spor for å skalerer opp den totale designen av din kvantecomputer,” sa Wallman. “Disse resultater er betydelige fordi de gir en omfattende måte å karakterisere feil på tvers av alle kvantecomputere-plattformer.”