คอมพิวเตอร์ควอนตัมตรวจสอบความถูกต้องของกันและกัน

คอมพิวเตอร์ควอนตัมกำลังพัฒนาไปอย่างรวดเร็ว และเป็นหนึ่งในเครื่องมือที่ดีที่สุดของเราสำหรับการแก้ปัญหาการคำนวณที่สำคัญ อย่างไรก็ตาม คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีความไวต่ออิทธิพลภายนอกและเสี่ยงต่อข้อผิดพลาด ซึ่งอาจส่งผลต่อความถูกต้อง

เนื่องจากคอมพิวเตอร์ควอนตัมบางเครื่องไม่สามารถตรวจสอบความถูกต้องได้ด้วยการจำลองแบบด้วยคอมพิวเตอร์คลาสสิก นักวิจัยจึงกำลังมองหาวิธีการใหม่ๆ ในการตรวจสอบความถูกต้อง

การวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Physical Review X

Chiara Greganti เป็นนักฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยเวียนนา

“เพื่อให้สามารถใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคตสำหรับการคำนวณที่สำคัญได้อย่างเต็มที่ เราต้องการวิธีการในการตรวจสอบว่าผลลัพธ์ที่ได้คือถูกต้อง แม้ว่าเราจะไม่สามารถทำการคำนวณนั้นได้ด้วยวิธีอื่น” Greganti กล่าว

คอมพิวเตอร์ควอนตัมตรวจสอบกันและกัน

ทีมงานได้พัฒนาและนำวิธีการตรวจสอบข้ามเครื่องมาใช้ ซึ่งทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถตรวจสอบผลลัพธ์ของการคำนวณของอีกเครื่องหนึ่งได้ เครื่องมีความเกี่ยวข้องกันแต่มีความแตกต่างกันในหลักการ

Martin Ringbauer เป็นจากมหาวิทยาลัยอินส์บรุค

“เราขอให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมต่างๆ ทำการคำนวณที่ดูเหมือนจะสุ่ม” Ringbauer กล่าว “สิ่งที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมไม่ทราบคือมีการเชื่อมต่อที่ซ่อนอยู่ระหว่างการคำนวณที่พวกเขากำลังทำ”

ทีมงานสามารถสร้างการคำนวณหลายๆ แบบจากแหล่งข้อมูลเดียวกันโดยอาศัยแบบจำลองการคำนวณควอนตัมที่สร้างขึ้นจากโครงสร้างกราฟ

“แม้ว่าผลลัพธ์จะดูเหมือนสุ่มและการคำนวณจะแตกต่างกัน แต่มีผลลัพธ์บางอย่างที่ต้องตรงกันหากเครื่องมีการทำงานอย่างถูกต้อง” เขายังคงกล่าว

การนำวิธีการมาใช้

ทีมงานได้นำวิธีการนี้มาใช้กับคอมพิวเตอร์ควอนตัม 5 เครื่องที่ใช้เทคโนโลยีฮาร์ดแวร์ 4 แบบต่างๆ

• วงจรซุปเปอร์คอนดักเตอร์
• ไอออนที่ถูกจับ
• โฟโตนิกส์
• การเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์

วิธีการนี้สามารถใช้งานได้กับฮาร์ดแวร์ปัจจุบันและไม่ต้องการอุปกรณ์พิเศษ ทีมงานยังแสดงให้เห็นว่าวิธีการนี้สามารถใช้ในการตรวจสอบเครื่องเดียวเทียบกับตัวมันเอง ผลลัพธ์ทั้งสองจะตรงกันหากทั้งสองมีการทำงานอย่างถูกต้อง ซึ่งเป็นเพราะการคำนวณมีความแตกต่างกันอย่างมาก

เทคนิคใหม่นี้ไม่ต้องการให้นักวิจัยต้องดูผลลัพธ์เต็มของการคำนวณ ซึ่งมักจะใช้เวลานาน

Tommaso Demarie เป็นจาก Entropica Labs ในสิงคโปร์

“เพียงพอแล้วที่จะตรวจสอบว่าเครื่องต่างๆ ตกลงกันบ่อยเพียงใดในกรณีที่ควรตกลง ซึ่งสามารถทำได้แม้สำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่” Demarie กล่าว

เทคนิคใหม่นี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากคอมพิวเตอร์ควอนตัมกำลัง变得แพร่หลายมากขึ้น ดังนั้นจึงสามารถช่วยให้แน่ใจว่าเครื่องมือเหล่านี้ทำงานตามที่คาดหวัง

ทีมงานที่ทำงานในเทคนิคนี้ประกอบด้วยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยและผู้เชี่ยวชาญด้านการคำนวณควอนตัมจากหลายๆ บริษัท

Joe Fitzsimons เป็นจาก Horizon Quantum (HQ ) Computing ในสิงคโปร์

“การทำงานร่วมกันอย่างใกล้ชิดระหว่างสถาบันการศึกษาและอุตสาหกรรมนี้คือสิ่งที่ทำให้กระดาษนี้มีลักษณะพิเศษจากมุมมองทางสังคมวิทยา” Fitzsimons กล่าว “ในขณะที่มีการเปลี่ยนแปลงที่ดีขึ้น โดยบางนักวิจัยย้ายไปสู่บริษัท แต่พวกเขายังคงส่งผลงานให้กับความพยายามร่วมกันในการทำให้การคำนวณควอนตัมมีความน่าเชื่อถือและมีประโยชน์” ในสิงคโปร์ ‘การทำงานร่วมกันอย่างใกล้ชิดระหว่างสถาบันการศึกษาและอุตสาหกรรมนี้คือสิ่งที่ทำให้กระดาษนี้มีลักษณะพิเศษจากมุมมองทางสังคมวิทยา’ Fitzsimons กล่าว ‘ในขณะที่มีการเปลี่ยนแปลงที่ดีขึ้น โดยบางนักวิจัยย้ายไปสู่บริษัท แต่พวกเขายังคงส่งผลงานให้กับความพยายามร่วมกันในการทำให้การคำนวณควอนตัมมีความน่าเชื่อถือและมีประโยชน์