Квантовые компьютеры проверяют точность друг друга

Квантовые компьютеры развиваются невероятно быстро, и они являются одним из наших лучших инструментов для решения крупных задач вычислительной техники. Однако квантовые компьютеры чувствительны к внешним влияниям и склонны к ошибкам, которые могут повлиять на их точность.

Поскольку некоторые квантовые компьютеры больше не могут быть независимо проверены с помощью симуляции на классических компьютерах, исследователи ищут новые способы проверки их точности.

Исследование было опубликовано в журнале Physical Review X.

Chiara Greganti – физик в Университете Вены.

“Чтобы в полной мере воспользоваться будущими квантовыми компьютерами для критических расчетов, нам нужно найти способ обеспечить правильность выходных данных, даже если мы не можем выполнить расчет другими средствами”, – говорит Греганти.

Квантовые компьютеры проверяют друг друга

Команда разработала и реализовала процедуру взаимной проверки, которая позволяет квантовым компьютерам проверять результаты расчета другого компьютера. Устройства связаны, но фундаментально различны.

Martin Ringbauer из Университета Инсбрука.

“Мы просим разные квантовые компьютеры выполнить разные случайные вычисления”, – говорит Рингбауэр. “Что квантовые компьютеры не знают, так это то, что между вычислениями, которые они выполняют, существует скрытая связь.”

Команда может генерировать несколько разных вычислений из общего источника, опираясь на альтернативную модель квантовых вычислений, построенную на графических структурах.

“Хотя результаты могут казаться случайными, а вычисления различными, есть определенные выходные данные, которые должны совпадать, если устройства работают правильно”, – продолжил он.

Реализация метода

Команда реализовала метод на пяти современных квантовых компьютерах, которые используют четыре разных технологии аппаратного обеспечения:

• Сверхпроводящие цепи
• Ловушки ионов
• Фотоника
• Ядерная магнитная резонансия

Метод работает на современном оборудовании и не требует специальных требований. Команда также показала, что метод можно использовать для проверки одного устройства против самого себя. Два результата совпадают только в том случае, если они оба правильны, и это связано с тем, что вычисления высоко различны.

Новый метод также не требует от исследователей изучать полный результат вычисления, что часто занимает много времени.

Tommaso Demarie из Entropica Labs в Сингапуре.

Достаточно проверить, как часто разные устройства согласовываются в случаях, когда они должны, что можно сделать даже для очень крупных квантовых компьютеров”, – говорит Демари.

Этот новый метод особенно важен, поскольку квантовые компьютеры становятся все более доступными, поэтому он может помочь обеспечить правильность работы этих устройств.

Команда, работающая над этим методом, состоит из университетских исследователей и экспертов отрасли квантовых вычислений из нескольких компаний.

Joe Fitzsimons из Horizon Quantum Computing в Сингапуре.

“Это тесное сотрудничество между академией и промышленностью – это то, что делает эту статью уникальной с социологической точки зрения”, – говорит Фицсимонс. “Хотя происходит прогрессивный сдвиг, когда некоторые исследователи переходят в компании, они продолжают вносить свой вклад в общее дело, делая квантовые вычисления надежными и полезными.”