Naukowcy opracowują metodę pomiaru komputerów kwantowych

Naukowcy z Uniwersytetu w Waterloo opracowali metodę pomiaru wydajności komputerów kwantowych, co może pomóc w ustanowieniu uniwersalnych standardów dla tych maszyn. 

Nowa metoda nazywa się cyklicznym benchmarkingiem, a naukowcy używają jej do oceny potencjału skalowalności. Metoda ta służy również do porównywania różnych platform kwantowych ze sobą. 

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

“To odkrycie może znacznie przyczynić się do ustanowienia standardów wydajności i wzmocnienia wysiłków budowy dużej, praktycznej maszyny kwantowej”, powiedział Wallman. “Spójna metoda charakteryzowania i korygowania błędów w systemach kwantowych zapewnia standaryzację sposobu oceny procesora kwantowego, umożliwiając porównywanie postępów w różnych architekturach.”

Cykliczny benchmarking pomaga użytkownikom komputerów kwantowych porównywać konkurencyjne platformy sprzętowe i zwiększać możliwości każdej platformy w celu znalezienia rozwiązań dla swoich projektów.

W tym momencie wyścig komputerów kwantowych staje się coraz bardziej widoczny na całym świecie. Liczba platform i ofert komputerów kwantowych w chmurze rośnie, a duże firmy takie jak Microsoft , IBM i Google (GOOGL ) nieustannie rozwijają nowe technologie. 

Metoda cyklicznego benchmarkingu działa poprzez określenie całkowitej prawdopodobieństwa błędu w danych aplikacjach komputerów kwantowych. To następuje, gdy aplikacja jest wdrożona za pomocą losowego kompilowania. Cykliczny benchmarking zapewnia pierwszy sposób pomiaru i porównywania możliwości procesorów kwantowych, a także jest dostosowany do aplikacji, nad którymi pracują użytkownicy. 

Joseph Emerson jest członkiem wydziału IQC.

“Dzięki niedawnemu osiągnięciu przez Google supremacji kwantowej, jesteśmy teraz na progu tego, co nazywam `erą odkryć kwantowych'”, powiedział Emerson. “Oznacza to, że komputery kwantowe podatne na błędy dostarczą rozwiązania interesujących problemów obliczeniowych, ale jakość ich rozwiązań nie może już być zweryfikowana przez komputery o wysokiej wydajności.

“Jesteśmy podekscytowani, ponieważ cykliczny benchmarking zapewnia potrzebne rozwiązanie do poprawy i walidacji rozwiązań komputerów kwantowych w tej nowej erze odkryć kwantowych.”

Emerson i Wallman założyli Quantum Benchmark Inc., spin-off IQC. Uzyskali licencję na tę technologię od wiodących firm na świecie w dziedzinie komputerów kwantowych, w tym od Google Quantum AI.

Mechanika kwantowa sprawiła, że komputery kwantowe stały się niezwykle potężnymi maszynami obliczeniowymi. Komputery kwantowe są w stanie rozwiązywać złożone problemy znacznie wydajniej niż tradycyjne lub cyfrowe komputery. 

Kubity są podstawową jednostką przetwarzania w komputerze kwantowym, ale są niezwykle kruche. Jakikolwiek rodzaj niedoskonałości lub źródła szumu w systemie może prowadzić do pewnych błędów, które powodują błędne rozwiązania w obliczeniach kwantowych.

Pierwszym krokiem do dalszego rozwoju komputerów kwantowych jest uzyskanie kontroli nad małym komputerem kwantowym z jednym lub dwoma kubitami. Większy komputer kwantowy mógłby wykonywać bardziej złożone zadania, takie jak uczenie maszynowe lub symulacja złożonych systemów, co mogłoby prowadzić do postępów, takich jak odkrycie nowych leków. Problem polega na tym, że inżynieria większego komputera kwantowego jest bardziej wyzwaniem, a możliwość błędu jest większa wraz z dodawaniem kubitów i skalowaniem systemu kwantowego. 

Profil szumu i błędów jest generowany, gdy system kwantowy jest charakteryzowany. Wskazuje to, czy procesor wykonuje obliczenia, które są od niego wymagane. Wszystkie znaczące błędy muszą być scharakteryzowane, aby zrozumieć wydajność komputera kwantowego lub aby go skalować. 

Wallman, Emerson i grupa naukowców z Uniwersytetu w Innsbrucku opracowali metodę oceny wszystkich stawek błędów wpływających na komputer kwantowy. Nowa technika została zaimplementowana dla komputera kwantowego z pułapką jonową na Uniwersytecie w Innsbrucku i okazało się, że stawki błędów nie rosną wraz ze skalowaniem komputera kwantowego. 

“Cykliczny benchmarking jest pierwszą metodą niezawodnego sprawdzania, czy jesteśmy na właściwej drodze do skalowania ogólnego projektu komputera kwantowego”, powiedział Wallman. “Te wyniki są znaczące, ponieważ zapewniają kompleksowy sposób charakteryzowania błędów we wszystkich platformach komputerów kwantowych.”