Дослідники розробили метод вимірювання квантових комп’ютерів

Дослідники Університету Ватерлоо розробили метод для вимірювання продуктивності квантових комп’ютерів, і це може допомогти встановити універсальні стандарти для цих машин. 

Новий метод називається циклічним бенчмаркінгом, і дослідники використовують його для оцінки потенціалу масштабованості. Цей метод також використовується для порівняння різних квантових платформ один з одним. 

Джоел Воллман – асистент професора математичного факультету та Інституту квантових обчислень Університету Ватерлоо.

“Цей результат може суттєво сприяти встановленню стандартів продуктивності та посиленню зусиль з будівництва великомасштабного, практичного квантового комп’ютера”, – сказав Воллман. “Стабільний метод характеристики та корекції помилок у квантових системах забезпечує стандартизацію оцінки квантового процесора, що дозволяє порівнювати прогрес у різних архітектурах.”

Циклічний бенчмаркінг допомагає користувачам квантових обчислень порівнювати конкуруючі апаратні платформи та збільшувати можливості кожної платформи для знаходження рішень тих завдань, над якими вони працюють.

На даний момент у світі відбувається квантовий комп’ютерний перегон. Кількість хмарних квантових обчислювальних платформ та пропозицій зростає, а великі компанії, такі як Microsoft , IBM та Google (GOOGL ), постійно розробляють нову технологію. 

Метод циклічного бенчмаркінгу працює шляхом визначення загальної ймовірності помилки під будь-якими квантовими обчислювальними додатками. Це відбувається під час реалізації випадкового компілятора. Циклічний бенчмаркінг забезпечує перший міжплатформений спосіб вимірювання та порівняння можливостей квантових процесорів, і він налаштовується залежно від застосунків, над якими працюють користувачі. 

Джозеф Емерсон – член математичного факультету Інституту квантових обчислень.

“Дякуючі недавньому досягненню квантової зверхності Google, ми зараз на порозі того, що я називаю `квантовою епохою відкриттів'”, – сказав Емерсон. “Це означає, що квантові комп’ютери з помилками будуть надавати рішення цікавих обчислювальних проблем, але якість їхніх рішень вже не можна буде перевірити за допомогою високопродуктивних комп’ютерів.

“Ми раді, тому що циклічний бенчмаркінг забезпечує необхідне рішення для покращення та верифікації рішень квантових обчислень у цій новій епохі квантових відкриттів.”

Емерсон і Воллман заснували компанію Quantum Benchmark Inc., спін-оф Інституту квантових обчислень. Вона ліцензувала технологію світовим лідерам у сфері квантових обчислень, включаючи зусилля Google щодо квантового штучного інтелекту.

Квантові механіка перетворили квантові комп’ютери на надзвичайно потужні машини для обчислень. Квантові комп’ютери здатні вирішувати складні проблеми більш ефективно, ніж традиційні або цифрові комп’ютери. 

Кубіти – це базова обробна одиниця в квантовому комп’ютері, але вони дуже хрупкі. Будь-яка недосконалість або джерело шуму в системі може привести до певних помилок, які викликають неправильні рішення під час квантових обчислень.

Перший крок до подальшого розвитку квантових обчислень – це отримання контролю над малим квантовим комп’ютером з одним або двома кубітами. Більший квантовий комп’ютер міг би виконувати більш складні завдання, такі як машинне навчання або складна система моделювання, що могло б привести до відкриттів, таких як відкриття нових лікарських засобів. Проблема полягає в тому, що інженерія більших квантових комп’ютерів є більш складною, а можливість помилок зростає при додаванні кубітів та масштабуванні квантової системи. 

Профіль шуму та помилок створюється при характеристиці квантової системи. Це вказує на те, чи виконує процесор обчислення, які йому доручені. Всі суттєві помилки потрібно охарактеризувати, щоб зрозуміти продуктивність квантового комп’ютера або збільшити його масштаб. 

Воллман, Емерсон та група дослідників Університету Інсбрука розробили метод оцінки всіх темпів помилок, які впливають на квантовий комп’ютер. Новий метод був реалізований для іонної пастки квантового комп’ютера Університету Інсбрука, і було виявлено, що темпи помилок не зростають при збільшенні розміру квантового комп’ютера. 

“Циклічний бенчмаркінг – це перший метод, який надійно перевіряє, чи ви на правильному шляху до збільшення загального дизайну вашого квантового комп’ютера”, – сказав Воллман. “Ці результати суттєві, оскільки вони забезпечують комплексний спосіб характеристики помилок у всіх квантових обчислювальних платформах.”