Výskumníci vyvinuli metódu na meranie kvantových počítačov

Výskumníci z University of Waterloo vyvinuli metódu na meranie výkonu kvantových počítačov a mohla by pomôcť vytvoriť univerzálne štandardy pre tieto stroje. 

Nová metóda sa nazýva cyklický benchmarking a výskumníci ju používajú na posúdenie potenciálu škálovateľnosti. Metóda sa používa aj na vzájomné porovnanie rôznych kvantových platforiem. 

Joel Wallman je odborný asistent na Fakulte matematiky Waterloo a Inštitúte pre kvantové výpočty.

"Toto zistenie by mohlo viesť k vytvoreniu štandardov pre výkon a posilniť úsilie o vytvorenie rozsiahleho, praktického kvantového počítača," povedal Wallman. "Konzistentná metóda na charakterizáciu a opravu chýb v kvantových systémoch poskytuje štandardizáciu spôsobu hodnotenia kvantového procesora, čo umožňuje spravodlivé porovnanie pokroku v rôznych architektúrach."

Cyklické porovnávanie pomáha používateľom kvantových počítačov porovnávať konkurenčné hardvérové ​​platformy a zvyšovať schopnosť každej platformy prichádzať s riešeniami pre čokoľvek, na čom pracujú.

V tomto okamihu sa kvantová počítačová rasa stáva zjavnou po celom svete. Množstvo cloudových kvantových výpočtových platforiem a ponúk rastie a veľké spoločnosti ako Microsoft, IBM a Google neustále vyvíjajú nové technológie. 

Metóda porovnávania cyklov funguje tak, že určuje celkovú pravdepodobnosť chyby pri akejkoľvek danej kvantovej výpočtovej aplikácii. K tomu dochádza, keď je aplikácia implementovaná prostredníctvom náhodného kompilovania. Cyklický benchmarking poskytuje prvý multiplatformový prostriedok na meranie a porovnávanie schopností kvantových procesorov a je prispôsobený v závislosti od aplikácií, na ktorých používatelia pracujú. 

Joseph Emerson je členom fakulty v IQC.

„Vďaka nedávnemu dosiahnutiu kvantovej nadvlády spoločnosti Google sme teraz na úsvite toho, čo nazývam „éra kvantových objavov“, povedal Emerson. „To znamená, že kvantové počítače náchylné na chyby prinesú riešenia zaujímavých výpočtových problémov, ale kvalitu ich riešení už nemôžu overiť výkonné počítače.

"Sme nadšení, pretože porovnávanie cyklov poskytuje veľmi potrebné riešenie na zlepšenie a overenie riešení kvantových výpočtov v tejto novej ére kvantového objavovania."

Emerson a Wallman založili Quantum Benchmark Inc., IQC spin-off. Licencovala technológiu popredným svetovým spoločnostiam v oblasti kvantových výpočtov, vrátane úsilia spoločnosti Google Quantum AI.

Kvantová mechanika zmenila kvantové počítače na extrémne výkonné stroje na výpočtovú techniku. Kvantové počítače sú schopné riešiť zložité problémy efektívnejšie ako tradičné alebo digitálne počítače. 

Quibity sú základnou jednotkou v kvantovom počítači, no sú mimoriadne krehké. Akýkoľvek typ nedokonalosti alebo zdroj šumu v systéme môže viesť k určitým chybám, ktoré spôsobujú nesprávne riešenia pri kvantovom výpočte.

Prvým krokom k tomu, aby sme s kvantovými počítačmi postúpili ďalej, je získať kontrolu nad malým kvantovým počítačom s jedným alebo dvoma quibitmi. Väčší kvantový počítač by mohol vykonávať zložitejšie úlohy, ako je strojové učenie alebo komplexná systémová simulácia, čo by mohlo viesť k pokroku, ako je objavenie nových farmaceutických liekov. Problém je v tom, že skonštruovanie väčšieho kvantového počítača je náročnejšie a možnosť chyby je väčšia, keď sa pridávajú quibity a kvantový systém sa škáluje. 

Pri charakterizácii kvantového systému sa vytvorí profil šumu a chýb. To indikuje, či procesor vykonáva výpočty, ktoré má vykonať. Všetky významné chyby je potrebné charakterizovať, aby sme pochopili výkon kvantového počítača alebo aby sa mohli zväčšiť. 

Wallman, Emerson a skupina výskumníkov z univerzity v Innsbrucku prišli s metódou na posúdenie všetkých chybovosti ovplyvňujúcich kvantový počítač. Nová technika bola implementovaná pre kvantový počítač iónovej pasce na Univerzite v Innsbrucku a zistilo sa, že chybovosť sa nezvýši, keď sa veľkosť týchto kvantových počítačov zväčší. 

„Benchmarking cyklu je prvou metódou, ako spoľahlivo skontrolovať, či ste na správnej ceste pre zväčšenie celkového dizajnu vášho kvantového počítača,“ povedal Wallman. "Tieto výsledky sú významné, pretože poskytujú komplexný spôsob charakterizácie chýb na všetkých platformách kvantových výpočtov."