Naukowcy opracowują metodę pomiaru komputerów kwantowych

Naukowcy z Uniwersytetu Waterloo opracowali metodę pomiaru wydajności komputerów kwantowych, która może pomóc w ustaleniu uniwersalnych standardów dla maszyn. 

Nowa metoda nosi nazwę cyklicznego benchmarkingu i badacze wykorzystują ją do oceny potencjału skalowalności. Metodę tę wykorzystuje się także do porównywania różnych platform kwantowych. 

Joel Wallman jest adiunktem na Wydziale Matematyki i Instytucie Obliczeń Kwantowych w Waterloo.

„To odkrycie może w znacznym stopniu pomóc w ustaleniu standardów wydajności i wzmocnić wysiłki zmierzające do zbudowania praktycznego komputera kwantowego na dużą skalę” – powiedział Wallman. „Spójna metoda charakteryzowania i korygowania błędów w systemach kwantowych zapewnia standaryzację sposobu oceny procesora kwantowego, umożliwiając sprawiedliwe porównanie postępów w różnych architekturach”.

Cycle Benchmarking pomaga użytkownikom obliczeń kwantowych porównywać konkurencyjne platformy sprzętowe i zwiększać możliwości każdej platformy w zakresie znajdowania rozwiązań dla wszystkiego, nad czym pracują.

W tym momencie wyścig obliczeń kwantowych staje się widoczny na całym świecie. Liczba platform i ofert obliczeń kwantowych w chmurze rośnie, a największe firmy, takie jak Microsoft, IBM i Google, stale opracowują nowe technologie. 

Metoda benchmarkingu cykli polega na określeniu całkowitego prawdopodobieństwa błędu w dowolnych zastosowaniach obliczeń kwantowych. Ma to miejsce, gdy aplikacja jest implementowana poprzez kompilację losową. Benchmarking cykli stanowi pierwszy wieloplatformowy sposób pomiaru i porównywania możliwości procesorów kwantowych i jest dostosowywany w zależności od aplikacji, nad którymi pracują użytkownicy. 

Joseph Emerson jest członkiem wydziału w IQC.

„Dzięki niedawnemu osiągnięciu przez Google supremacji kwantowej jesteśmy obecnie u zarania tego, co nazywam „erą odkryć kwantowych” – powiedział Emerson. „Oznacza to, że podatne na błędy komputery kwantowe będą dostarczać rozwiązania interesujących problemów obliczeniowych, ale jakości ich rozwiązań nie da się już zweryfikować za pomocą komputerów o dużej wydajności.

„Jesteśmy podekscytowani, ponieważ testy porównawcze cykli stanowią bardzo potrzebne rozwiązanie do ulepszania i sprawdzania rozwiązań obliczeń kwantowych w nowej erze odkryć kwantowych”.

Emerson i Wallman założyli Quantum Benchmark Inc., spółkę wydzieloną IQC. Firma udzieliła licencji na tę technologię wiodącym światowym firmom zajmującym się obliczeniami kwantowymi, w tym Google Quantum AI.

Mechanika kwantowa przekształciła komputery kwantowe w niezwykle potężne maszyny obliczeniowe. Komputery kwantowe są w stanie rozwiązywać złożone problemy wydajniej niż komputery tradycyjne lub cyfrowe. 

Quibity to podstawowa jednostka przetwarzająca w komputerze kwantowym, ale są one niezwykle delikatne. Każdy rodzaj niedoskonałości lub źródło szumu w systemie może prowadzić do pewnych błędów, które powodują nieprawidłowe rozwiązania w obliczeniach kwantowych.

Pierwszym krokiem do dalszego rozwoju obliczeń kwantowych jest przejęcie kontroli nad małym komputerem kwantowym wyposażonym w jeden lub dwa quibity. Większy komputer kwantowy mógłby wykonywać bardziej złożone zadania, takie jak uczenie maszynowe lub symulacja złożonego systemu, co mogłoby prowadzić do takich postępów, jak odkrycie nowych leków farmaceutycznych. Problem polega na tym, że zaprojektowanie większego komputera kwantowego jest trudniejsze, a prawdopodobieństwo błędu jest większe w miarę dodawania quibitów i skalowania systemu kwantowego. 

Podczas charakteryzowania układu kwantowego tworzony jest profil szumu i błędów. Wskazuje, czy procesor wykonuje obliczenia, o których wykonanie został poproszony. Aby zrozumieć wydajność komputera kwantowego lub zwiększyć jego skalę, należy scharakteryzować wszystkie istotne błędy. 

Wallman, Emerson i grupa badaczy z Uniwersytetu w Innsbrucku opracowali metodę oceny wszystkich poziomów błędów wpływających na komputer kwantowy. Nową technikę wdrożono w komputerze kwantowym z pułapką jonową na Uniwersytecie w Innsbrucku i stwierdzono, że poziom błędów nie rośnie wraz ze wzrostem rozmiaru komputerów kwantowych. 

„Testy porównawcze cykli to pierwsza metoda wiarygodnego sprawdzenia, czy jesteś na dobrej drodze do skalowania całego projektu komputera kwantowego” - powiedział Wallman. „Wyniki te są znaczące, ponieważ zapewniają kompleksowy sposób charakteryzowania błędów na wszystkich platformach obliczeń kwantowych”.