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 є асистентом професора на факультеті математики та інституті квантових обчислень Ватерлоо.

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

Циклічний бенчмаркінг допомагає користувачам квантових обчислень порівнювати конкуруючі апаратні платформи та підвищувати здатність кожної платформи знаходити рішення для тих завдань, над якими вони працюють.

На даний момент квантові обчислення стають все більш помітними у світі. Кількість хмарних квантових обчислювальних платформ та пропозицій зростає, а великі компанії, такі як Microsoft, IBM та Google, постійно розробляють нові технології. 

Метод циклічного бенчмаркінгу працює шляхом визначення загальної ймовірності помилки під будь-якими квантовими обчислювальними застосуваннями. Це відбувається, коли застосування реалізується через випадкове компілювання. Циклічний бенчмаркінг забезпечує перший міжплатформений засіб вимірювання та порівняння можливостей квантових процесорів, і він налаштовується залежно від застосунків, над якими працюють користувачі. 

Джозеф Емерсон є членом факультету Інституту квантових обчислень.

“Дякуючі недавньому досягненню Google у сфері квантової зверхності, ми зараз на початку того, що я називаю `ерою квантового відкриття’, – сказав Емерсон. “Це означає, що квантові комп’ютери з помилками доставлять рішення цікавих обчислювальних проблем, але якість їхніх рішень вже не може бути перевірена високопродуктивними комп’ютерами.

“Ми раді, тому що циклічний бенчмаркінг забезпечує необхідне рішення для покращення та валідації квантових обчислювальних рішень у цій новій ері квантового відкриття.”

Емерсон та 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 механіки перетворили квантові комп’ютери на надзвичайно потужні машини для обчислень. Квантові комп’ютери здатні розв’язувати складні проблеми більш ефективно, ніж традиційні або цифрові комп’ютери. 

Кубіти є базовими процесорними одиницями в квантовому комп’ютері, але вони дуже хрупкі. Будь-який вид недосконалості або джерело шуму в системі може привести до певних помилок, які спричиняють неправильні рішення під час квантових обчислень.

Перший крок до подальшого розвитку квантових обчислень полягає у здобутті 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 симуляція складних систем, 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 помилки зростає при додаванні кубітів та масштабуванні квантової системи. 

Профіль шуму та помилок генерується при характеристиці квантової системи. Це вказує на те, чи процесор виконує розрахунки, які йому доручено. Усі суттєві помилки повинні бути охарактеризовані, щоб зрозуміти продуктивність квантового комп’ютера або щоб масштабувати. 

Воллман, Емерсон та група дослідників університету Інсбрука розробили метод для оцінки всіх темпів помилок, що впливають на квантовий комп’ютер. Новий метод був реалізований для іонного пасткового квантового комп’ютера університету Інсбрука, і він показав, що темпи помилок не зростають при збільшенні розміру квантового комп’ютера. 

“Циклічний бенчмаркінг є першим методом для надійного перевірки того, чи ви на правильному шляху до масштабування загального дизайну вашого квантового комп’ютера”, – сказав Воллман. “Ці результати суттєві, оскільки вони забезпечують комплексний спосіб характеристики помилок на всіх квантових обчислювальних платформах.”