Исследователи разработали метод измерения квантовых компьютеров

Исследователи Университета Ватерлоо разработали метод измерения производительности квантовых компьютеров, который может помочь установить универсальные стандарты для этих машин.

Новый метод называется циклическим бенчмаркингом, и исследователи используют его для оценки потенциала масштабируемости. Этот метод также используется для сравнения различных квантовых платформ друг с другом.

Джоэл Уоллман – ассистент профессора на факультете математики и Институте квантовых вычислений Университета Ватерлоо.

“Это открытие может стать важным шагом на пути к установлению стандартов производительности и укреплению усилий по созданию крупномасштабного, практического квантового компьютера”, – сказал Уоллман. “Последовательный метод характеризации и исправления ошибок в квантовых системах обеспечивает стандартизацию оценки квантового процессора, что позволяет сравнивать прогресс в разных архитектурах.”

Циклический бенчмаркинг помогает пользователям квантовых компьютеров сравнивать конкурирующие аппаратные платформы и увеличивать возможности каждой платформы для решения задач.

На данный момент гонка квантовых компьютеров становится все более заметной во всем мире. Количество облачных квантовых компьютерных платформ и предложений увеличивается, и крупные компании, такие как Microsoft , IBM и Google (GOOGL ), постоянно разрабатывают новую технологию.

Метод циклического бенчмаркинга работает путем определения общей вероятности ошибки при любом заданном квантовом вычислительном приложении. Это происходит при реализации приложения с помощью случайной компиляции. Циклический бенчмаркинг обеспечивает первый межплатформенный способ измерения и сравнения возможностей квантовых процессоров и настраивается в зависимости от приложений, над которыми работают пользователи.

Джозеф Эмерсон – член факультета Института квантовых вычислений.

“Благодаря недавнему достижению квантового превосходства Google, мы теперь находимся на заре того, что я называю `эрой квантовых открытий'”, – сказал Эмерсон. “Это означает, что ошибочные квантовые компьютеры будут доставлять решения интересных вычислительных задач, но качество их решений больше не может быть проверено высокопроизводительными компьютерами.

“Мы рады, потому что циклический бенчмаркинг обеспечивает необходимое решение для улучшения и проверки квантовых вычислительных решений в эту новую эру квантовых открытий.”

Эмерсон и Уоллман основали компанию Quantum Benchmark Inc., спин-офф Института квантовых вычислений. Они лицензировали технологию ведущим компаниям в области квантовых вычислений, включая усилия Google по квантовому искусственному интеллекту.

Квантовая механика превратила квантовые компьютеры в чрезвычайно мощные машины для вычислений. Квантовые компьютеры способны решать сложные проблемы более эффективно, чем традиционные или цифровые компьютеры.

Кубиты являются основной единицей обработки в квантовом компьютере, но они чрезвычайно хрупкие. Любой вид несовершенства или источник шума в системе может привести к определенным ошибкам, которые вызывают неправильные решения при квантовом вычислении.

Первым шагом к дальнейшему развитию квантовых вычислений является получение контроля над маломасштабным квантовым компьютером с одним или двумя кубитами. Более крупный квантовый компьютер может выполнять более сложные задачи, такие как машинное обучение или сложная система симуляции, что может привести к достижениям, таким как открытие новых лекарств. Однако инженерия более крупного квантового компьютера более сложна, и возможность ошибки увеличивается с добавлением кубитов и масштабированием квантовой системы.

Профиль шума и ошибок генерируется при характеристике квантовой системы. Это указывает на то, выполняет ли процессор вычисления, которые от него требуются. Все значительные ошибки должны быть охарактеризованы, чтобы понять производительность квантового компьютера или масштабировать его.

Уоллман, Эмерсон и группа исследователей из Университета Инсбрука разработали метод оценки всех скоростей ошибок, влияющих на квантовый компьютер. Новый метод был реализован для ионно-ловушечного квантового компьютера в Университете Инсбрука, и было обнаружено, что скорости ошибок не увеличиваются с увеличением размера квантового компьютера.

“Циклический бенчмаркинг – это первый метод, который позволяет надежно проверить, находитесь ли вы на правильном пути для масштабирования общего дизайна вашего квантового компьютера”, – сказал Уоллман. “Эти результаты значимы, поскольку они обеспечивают всесторонний способ характеризации ошибок во всех квантовых вычислительных платформах.”