Kvantdatorer kontrollerar varandras noggrannhet

Kvantdatorer utvecklas otroligt snabbt, och de är ett av våra bästa verktyg för att lösa stora dataproblem. Men kvantdatorer är känsliga för yttre påverkan och benägna att göra fel, vilket kan påverka deras noggrannhet.

Eftersom vissa kvantdatorer inte längre kan verifieras oberoende genom simulering med klassiska datorer, letar forskare efter nya sätt att kontrollera deras noggrannhet.

Forskningen publicerades i tidskriften Physical Review X.

Chiara Greganti är fysiker vid Universitetet i Wien.

“För att fullt ut kunna utnyttja framtida kvantdatorer för kritiska beräkningar behöver vi ett sätt att säkerställa att utmatningen är korrekt, även om vi inte kan utföra beräkningen i fråga på annat sätt”, säger Greganti.

Kvantdatorer kontrollerar varandra

Teamet satte upp ett mål att utveckla och implementera en kontrollförfarande som möjliggör för kvantdatorer att kontrollera resultaten från en annan kvantdators beräkning. Enheterna är relaterade men grundläggande olika från varandra.

Martin Ringbauer är från Universitetet i Innsbruck.

“Vi ber olika kvantdatorer att utföra olika slumpmässiga beräkningar”, säger Ringbauer. “Vad kvantdatorerna inte vet är att det finns en dold koppling mellan de beräkningar de utför.”

Teamet kan generera flera olika beräkningar från en gemensam källa genom att förlita sig på en alternativ modell av kvantberäkning byggd på grafstrukturer.

“Medan resultaten kan verka slumpmässiga och beräkningarna är olika, finns det vissa utmatningar som måste överensstämma om enheterna fungerar korrekt”, fortsatte han.

Att implementera metoden

Teamet implementerade metoden på fem nuvarande kvantdatorer som använder fyra olika hårdvaruteknologier:

• Supraledande kretsar
• Fångade joner
• Fotonik
• Kärnmagnetisk resonans

Metoden fungerar på nuvarande hårdvara och kräver inga särskilda krav. Teamet visade också att tekniken kunde användas för att kontrollera en enskild enhet mot sig själv. De två resultaten överensstämmer endast om de båda är korrekta, och detta beror på att beräkningarna är mycket olika.

Den nya tekniken kräver inte heller att forskarna tittar på hela resultatet av beräkningen, vilket ofta är tidskrävande.

Tommaso Demarie är från Entropica Labs i Singapore.

Det räcker att kontrollera hur ofta de olika enheterna överensstämmer i de fall där de bör, vilket kan göras även för mycket stora kvantdatorer”, säger Demarie.

Denna nya teknik är särskilt viktig eftersom kvantdatorer blir alltmer tillgängliga, så den kan hjälpa till att säkerställa att dessa enheter fungerar som de ska.

Teamet som arbetar med denna teknik består av universitetsforskare och experter inom kvantberäkning från flera företag.

Joe Fitzsimons är från Horizon Quantum (HQ ) Computing i Singapore.

“Denna nära samverkan mellan akademi och industri är vad som gör denna artikel unik ur ett sociologiskt perspektiv”, säger Fitzsimons. “Medan det finns en progressiv förändring med vissa forskare som flyttar till företag, bidrar de fortfarande till det gemensamma arbetet med att göra kvantberäkning tillförlitlig och användbar.”