Các nhà nghiên cứu tạo ra thuật toán mới để xác minh thiết bị lượng tử

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Tokyo đã sử dụng học máy để tạo ra một thuật toán mới cho phép xác minh hiệu quả và chính xác các thiết bị lượng tử. Các công nghệ dựa trên hành vi lượng tử mới đang trở nên phổ biến và yêu cầu xác minh do sự không chắc chắn vốn có.

Nghiên cứu này được công bố trên APS Physics.

Mạng Lượng Tử

Hầu hết các chuyên gia coi máy tính lượng tử vẫn còn trong giai đoạn đầu của sự phát triển, nhưng mạng lượng tử là tiến bộ hơn và gần với hiện tại. Để đạt được điều này, sẽ cần phải có nhiều nghiên cứu hơn và phát triển nhiều công cụ hơn cho thiết kế thiết bị lượng tử.

Một trong những công cụ quan trọng này là thuật toán xác minh thiết bị lượng tử. Nó được phát triển bởi nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Quoc Hoan Tran và Giáo sư Liên kết Kohei Nakajima từ Trường Cao học Khoa học và Công nghệ Thông tin tại Đại học Tokyo.

Theo các nhà nghiên cứu, thiết bị này có thể làm cho việc xác minh hành vi của thiết bị lượng tử trở nên hiệu quả và chính xác hơn. Thuật toán có thể tái tạo hoạt động của một thiết bị lượng tử phụ thuộc vào thời gian, và nó thực hiện việc này bằng cách học mối quan hệ giữa các đầu vào và đầu ra lượng tử.

“Phương pháp để mô tả một hệ thống lượng tử dựa trên đầu vào và đầu ra của nó được gọi là chụp tomography quá trình lượng tử,” nói Tran. “Tuy nhiên, nhiều nhà nghiên cứu hiện nay báo cáo rằng hệ thống lượng tử của họ thể hiện một số loại hiệu ứng bộ nhớ, trong đó các trạng thái hiện tại bị ảnh hưởng bởi các trạng thái trước đó. Điều này có nghĩa là việc kiểm tra đơn giản các trạng thái đầu vào và đầu ra không thể mô tả tính chất phụ thuộc vào thời gian của hệ thống. Bạn có thể mô hình hệ thống một cách lặp lại sau mỗi thay đổi thời gian, nhưng điều này sẽ cực kỳ không hiệu quả về mặt tính toán. Mục tiêu của chúng tôi là tận dụng hiệu ứng bộ nhớ này và sử dụng nó để tạo ra lợi thế thay vì sử dụng lực để vượt qua nó.”

Xây dựng Thuật toán

Để xây dựng thuật toán, nhóm nghiên cứu đã sử dụng học máy và một kỹ thuật gọi là tính toán hồ lượng tử. Bằng cách học các đầu vào và đầu ra thay đổi theo thời gian trong một hệ thống lượng tử, nó có thể dự đoán cách các mẫu sẽ thay đổi. Nó có thể thực hiện các dự đoán này ngay cả trong các tình huống chưa từng được chứng kiến.

“Hiện tại, thuật toán của chúng tôi có thể mô phỏng một loại hệ thống lượng tử nhất định, nhưng các thiết bị giả định có thể khác nhau rộng rãi về khả năng xử lý và có các hiệu ứng bộ nhớ khác nhau. Vì vậy, giai đoạn nghiên cứu tiếp theo sẽ là mở rộng khả năng của các thuật toán của chúng tôi, cơ bản là tạo ra một thứ gì đó có mục đích chung hơn và do đó hữu ích hơn,” nói Tran. “Tôi rất hào hứng với những gì các phương pháp học máy lượng tử có thể làm, với các thiết bị giả định mà chúng có thể dẫn đến.”