Các nhà nghiên cứu phát triển phương pháp đo lường máy tính lượng tử

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Waterloo đã phát triển một phương pháp để đo lường hiệu suất của máy tính lượng tử, và nó có thể giúp thiết lập các tiêu chuẩn chung cho các máy này. 

Phương pháp mới này được gọi là benchmarking chu kỳ, và các nhà nghiên cứu sử dụng nó để đánh giá khả năng mở rộng quy mô. Phương pháp này cũng được sử dụng để so sánh các nền tảng lượng tử khác nhau với nhau. 

Joel Wallman là giáo sư trợ lý tại Khoa Toán học và Viện Lượng tử của Waterloo.

“Phát hiện này có thể đi một bước dài trong việc thiết lập các tiêu chuẩn cho hiệu suất và tăng cường nỗ lực xây dựng một máy tính lượng tử lớn, thực tế,” theo Wallman. “Một phương pháp nhất quán để mô tả và sửa lỗi trong các hệ thống lượng tử cung cấp tiêu chuẩn hóa cho cách một bộ xử lý lượng tử được đánh giá, cho phép tiến bộ trong các kiến trúc khác nhau được so sánh công bằng.”

Benchmarking chu kỳ giúp người dùng máy tính lượng tử so sánh các nền tảng phần cứng cạnh tranh và tăng khả năng của mỗi nền tảng để đưa ra giải pháp cho bất cứ điều gì họ đang làm việc. 

Tại thời điểm này, cuộc đua máy tính lượng tử đang trở nên rõ ràng trên toàn thế giới. Số lượng nền tảng và dịch vụ máy tính lượng tử dựa trên đám mây đang tăng lên, và các công ty lớn như Microsoft , IBM và Google (GOOGL ) đang不断 phát triển công nghệ mới. 

Phương pháp benchmarking chu kỳ hoạt động bằng cách xác định tổng xác suất lỗi dưới bất kỳ ứng dụng máy tính lượng tử nào. Điều này xảy ra khi ứng dụng được thực hiện thông qua biên dịch ngẫu nhiên. Benchmarking chu kỳ cung cấp phương tiện đầu tiên để đo lường và so sánh khả năng của các bộ xử lý lượng tử trên các nền tảng, và nó được tùy chỉnh tùy thuộc vào ứng dụng mà người dùng đang làm việc. 

Joseph Emerson là thành viên của IQC.

“Cảm ơn thành tựu gần đây của Google về sự vượt trội lượng tử, chúng tôi hiện đang ở thời đại mà tôi gọi là `thời đại khám phá lượng tử'”, Emerson nói. “Điều này có nghĩa là máy tính lượng tử dễ bị lỗi sẽ cung cấp giải pháp cho các vấn đề tính toán thú vị, nhưng chất lượng của các giải pháp này không còn có thể được xác minh bởi máy tính hiệu suất cao.

“Chúng tôi rất hào hứng vì benchmarking chu kỳ cung cấp một giải pháp cần thiết để cải thiện và xác thực các giải pháp máy tính lượng tử trong thời đại khám phá lượng tử mới này.”

Emerson và Wallman đã thành lập Quantum Benchmark Inc., một công ty spin-off của IQC. Họ đã cấp phép công nghệ cho các công ty hàng đầu trong lĩnh vực máy tính lượng tử, bao gồm cả nỗ lực Quantum AI của Google.

Cơ học lượng tử đã biến máy tính lượng tử thành những máy tính cực kỳ mạnh mẽ. Máy tính lượng tử có khả năng giải quyết các vấn đề phức tạp hiệu quả hơn máy tính truyền thống hoặc máy tính kỹ thuật số. 

Qubit là đơn vị xử lý cơ bản trong một máy tính lượng tử, nhưng chúng rất dễ bị tổn thương. Bất kỳ sự không hoàn hảo hoặc nguồn tiếng ồn nào trong hệ thống có thể dẫn đến các lỗi nhất định gây ra các giải pháp không chính xác trong tính toán lượng tử.

Bước đầu tiên để tiến xa hơn với máy tính lượng tử là kiểm soát một máy tính lượng tử nhỏ với một hoặc hai qubit. Một máy tính lượng tử lớn hơn có thể thực hiện các nhiệm vụ phức tạp hơn như học máy hoặc mô phỏng hệ thống phức tạp, điều này có thể dẫn đến các tiến bộ như việc phát hiện ra các loại thuốc mới. Vấn đề là việc xây dựng một máy tính lượng tử lớn hơn là một thách thức lớn hơn, và khả năng xảy ra lỗi là lớn hơn khi qubit được thêm vào và hệ thống lượng tử được mở rộng. 

Một hồ sơ về tiếng ồn và lỗi được tạo ra khi một hệ thống lượng tử được đặc trưng. Điều này cho thấy liệu bộ xử lý có thực hiện các tính toán mà nó được yêu cầu hay không. Tất cả các lỗi quan trọng cần được đặc trưng để hiểu hiệu suất của một máy tính lượng tử hoặc để mở rộng quy mô. 

Wallman, Emerson và một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Innsbruck đã đưa ra một phương pháp để đánh giá tất cả các tốc độ lỗi ảnh hưởng đến một máy tính lượng tử. Phương pháp mới này đã được thực hiện cho máy tính lượng tử bẫy ion tại Đại học Innsbruck, và nó đã phát hiện ra rằng tốc độ lỗi không tăng lên khi kích thước của máy tính lượng tử đó được mở rộng. 

“Benchmarking chu kỳ là phương pháp đầu tiên để kiểm tra đáng tin cậy xem bạn có đang trên đúng hướng để mở rộng thiết kế tổng thể của máy tính lượng tử hay không,” theo Wallman. “Những kết quả này rất quan trọng vì chúng cung cấp một cách toàn diện để mô tả lỗi trên tất cả các nền tảng máy tính lượng tử.”