Computerprogram udviklet til at finde lækage i kvantecomputere

Et nyt computerprogram, der opdager, når informationer i en kvantecomputer undslipper til uønskede stater, vil give brugerne af denne lovende teknologi mulighed for at kontrollere dens pålidelighed uden teknisk viden for første gang.

Forskere fra University of Warwick's Department of Physics har udviklet et kvante -computerprogram til at opdage tilstedeværelsen af ​​'lækage', hvor oplysninger, der behandles af en kvantecomputer, undslipper fra tilstande 0 og 1.

Deres metode præsenteres i et papir, der blev offentliggjort i dag (19. marts) i tidsskriftet Fysisk gennemgang A , og inkluderer eksperimentelle data fra dens applikation på en offentligt tilgængelig maskine det viser, at uønskede tilstande påvirker visse beregninger.

Quantum computing udnytter de usædvanlige egenskaber ved kvantefysik til at behandle oplysninger på en helt anden måde end konventionelle computere. Udnytter kvantesystemers adfærd, såsom at eksistere i flere forskellige tilstande på samme tid, denne radikale computerform er designet til at behandle data i alle disse tilstande samtidigt, giver det en enorm fordel i forhold til konventionel computing.

I konventionel computing, kvantecomputere bruger kombinationer af 0'er og 1'er til at kode oplysninger, men kvantecomputere kan udnytte kvantetilstande, der både er 0 og 1 på samme tid. Imidlertid, den hardware, der koder for disse oplysninger, kan undertiden kode den forkert i en anden tilstand, et problem kendt som 'lækage'. Selv en lille lækage, der akkumuleres over mange millioner hardwarekomponenter, kan forårsage fejlberegninger og potentielt alvorlige fejl, ophæve enhver kvantefordel i forhold til konventionelle computere. Som en del af et meget bredere sæt fejl, lækage spiller en rolle i at forhindre kvantecomputere i at blive opskaleret til kommerciel og industriel anvendelse.

Bevæbnet med viden om, hvor meget kvantelækage der opstår, edb-ingeniører vil være bedre i stand til at bygge systemer, der modvirker det, og programmører kan udvikle nye fejlkorrektionsteknikker for at tage hensyn til det.

Dr. Animesh Datta, Lektor i fysik, sagde:"Kommerciel interesse for quantum computing vokser, så vi ville spørge, hvordan vi med sikkerhed kan sige, at disse maskiner gør, hvad de skal gøre.

"Kvantecomputere er ideelt set lavet af qubits, men som det viser sig i virkelige enheder nogle gange, er de slet ikke qubits - men faktisk er de qutrits (tre tilstand) eller ququarts (fire statssystemer). Et sådant problem kan ødelægge hvert efterfølgende trin i din computeroperation.

"De fleste quantum computing -hardwareplatforme lider af dette problem - selv konventionelle computerdrev oplever magnetisk lækage, for eksempel. Vi har brug for kvantecomputeringeniører for at reducere lækage så meget som muligt gennem design, men vi er også nødt til at give kvante computerbrugere mulighed for at udføre simple diagnostiske tests for det.

"Hvis kvantecomputere skal indtaste almindelig brug, det er vigtigt, at en bruger uden idé om, hvordan en kvantecomputer fungerer, kan kontrollere, at den fungerer korrekt uden at kræve teknisk viden, eller hvis de har adgang til computeren eksternt. "

Forskerne anvendte deres metode ved hjælp af IBM Q Experience -kvanteenheder, gennem IBMs offentligt tilgængelige cloud -service. De brugte en teknik kaldet dimensionsvidne:ved gentagne gange at anvende den samme operation på IBM Q -platformen, de opnåede et datasæt med resultater, der ikke kunne forklares med en enkelt kvantebit, og kun af en mere kompliceret, højere dimensionelle kvantesystem. De har beregnet, at sandsynligheden for denne konklusion som følge af ren tilfældighed er mindre end 0,05%.

Mens konventionelle computere bruger binære cifre, eller 0'er og 1'ere, at kode information i transistorer, kvantecomputere bruger subatomære partikler eller superledende kredsløb kendt som transmoner til at kode denne information som en qubit. Det betyder, at det er i en superposition på både 0 og 1 på samme tid, giver brugerne mulighed for at beregne på forskellige sekvenser af de samme qubits samtidigt. Når antallet af qubits stiger, antallet af processer stiger også eksponentielt. Visse former for problemer, ligesom dem, der findes i kodebrydning (som er afhængig af factoring af store heltal) og i kemi (f.eks. simulering af komplicerede molekyler), er særligt velegnede til at udnytte denne ejendom.

Transmoner (og anden kvantecomputerhardware) kan eksistere i et stort antal stater:0, 1, 2, 3, 4 og så videre. En ideel kvantecomputer bruger kun tilstande 0 og 1, samt superpositioner af disse, ellers vil der opstå fejl i kvanteberegningen.

Dr. George Knee, hvis arbejde blev finansieret af et forskningsstipendium fra Royal Commission for the Exhibition fra 1851, sagde:"Det er noget af noget at kunne foretage denne konklusion på en afstand af flere tusinde miles, med meget begrænset adgang til selve IBM -chippen. Selvom vores program kun brugte de tilladte 'single qubit' instruktioner, dimensionen vidne tilgang var i stand til at vise, at uønskede tilstande blev tilgået i transmon kredsløb komponenter. Jeg ser dette som en gevinst for enhver bruger, der ønsker at undersøge de annoncerede egenskaber for en kvantemaskine uden at skulle henvise til hardware-specifikke detaljer. "