Cercetătorii Dezvoltă o Metodă pentru Măsurarea Calculatoarelor Cuantice

Cercetătorii de la Universitatea Waterloo au dezvoltat o metodă pentru măsurarea performanței calculatoarelor cuantice, și aceasta ar putea ajuta la stabilirea unor standarde universale pentru aceste mașini. 

Noua metodă se numește benchmarking ciclic, și cercetătorii o utilizează pentru a evalua potențialul de scalabilitate. Metoda este utilizată și pentru a compara diferite platforme cuantice între ele. 

Joel Wallman este profesor asistent la Facultatea de Matematică și Institutul pentru Calcul Cuantic de la Waterloo.

“Această descoperire ar putea merge mult în stabilirea standardelor pentru performanță și consolidarea eforturilor de a construi un calculator cuantic de scară largă și practic,” a spus Wallman. “O metodă consistentă pentru caracterizarea și corectarea erorilor în sistemele cuantice oferă standardizare pentru modul în care un procesor cuantic este evaluat, permițând progresul în diferite arhitecturi să fie comparat în mod corect.”

Benchmarkingul ciclic ajută utilizatorii de calculatoare cuantice să compareze platformele de hardwar concurente și să crească capacitatea fiecărei platforme de a găsi soluții pentru ceea ce lucrează.

În acest moment, cursa calculatoarelor cuantice devine evidentă în întreaga lume. Numărul de platforme de calcul cuantic în cloud și ofertele sunt în creștere, și companii mari precum Microsoft, IBM și Google dezvoltă în mod constant tehnologii noi. 

Metoda de benchmarking ciclic funcționează prin determinarea probabilității totale de eroare sub orice aplicație de calcul cuantic dată. Acest lucru are loc atunci când aplicația este implementată prin compilare randomizată. Benchmarkingul ciclic oferă primul mijloc de măsurare și comparare a capacităților procesorului cuantic, și este personalizat în funcție de aplicațiile pe care le utilizează utilizatorii. 

Joseph Emerson este membru al facultății IQC.

“Datorită realizării recente a supremației cuantice de către Google, suntem acum la începutul ceea ce numesc `era de descoperire cuantică’, a spus Emerson. “Acest lucru înseamnă că calculatoarele cuantice cu erori vor furniza soluții la probleme computaționale interesante, dar calitatea soluțiilor lor nu mai poate fi verificată de calculatoarele de înaltă performanță.

“Suntem încântați pentru că benchmarkingul ciclic oferă o soluție mult necesară pentru îmbunătățirea și validarea soluțiilor de calcul cuantic în această eră de descoperire cuantică.”

Emerson și Wallman au fondat Quantum Benchmark Inc., o companie spin-off a IQC. A licențiat tehnologia către companii lider în domeniul calculatoarelor cuantice, inclusiv efortul Google Quantum AI.

Mecanica cuantică a transformat calculatoarele cuantice în mașini extrem de puternice pentru calcul. Calculatoarele cuantice sunt capabile să rezolve probleme complexe mai eficient decât calculatoarele tradiționale sau digitale. 

Quibits sunt unitatea de bază de procesare într-un calculator cuantic, dar sunt extrem de fragile. Orice tip de imperfecțiune sau sursă de zgomot în sistem poate duce la anumite erori care cauzează soluții incorecte sub o computație cuantică.

Primul pas pentru a merge mai departe cu calculatoarele cuantice este de a obține controlul asupra unui calculator cuantic de scară mică cu unul sau două quibits. Un calculator cuantic mai mare ar putea efectua sarcini mai complexe, cum ar fi învățarea automată sau simularea sistemelor complexe, ceea ce ar putea duce la progrese precum descoperirea de medicamente noi. Problema este că proiectarea unui calculator cuantic mai mare este mai dificilă, și posibilitatea erorii este mai mare pe măsură ce quibits sunt adăugați și sistemul cuantic se scalează. 

Un profil al zgomotului și erorilor este produs atunci când un sistem cuantic este caracterizat. Acesta indică dacă procesorul efectuează calculele pe care i se cer. Toate erorile semnificative trebuie caracterizate pentru a înțelege performanța unui calculator cuantic sau pentru a scala. 

Wallman, Emerson și un grup de cercetători de la Universitatea din Innsbruck au dezvoltat o metodă pentru a evalua toate ratele de eroare care afectează un calculator cuantic. Noua tehnică a fost implementată pentru calculatorul cuantic cu capcană de ioni de la Universitatea din Innsbruck, și a constatat că ratele de eroare nu cresc pe măsură ce mărimea calculatorului cuantic se scalează. 

“Benchmarkingul ciclic este prima metodă pentru verificarea în mod fiabil dacă sunteți pe drumul cel bun pentru scalarea designului general al calculatorului dumneavoastră cuantic,” a spus Wallman. “Aceste rezultate sunt semnificative pentru că oferă o modalitate cuprinzătoare de caracterizare a erorilor în toate platformele de calcul cuantic.”