Kvantecomputere lærer at markere deres eget arbejde

En ny test for at kontrollere, om en kvantecomputer giver korrekte svar på spørgsmål ud over omfanget af traditionel computing, kan hjælpe den første kvantecomputer, der kan overgå en klassisk computer, til at blive realiseret.

Ved at oprette en protokol, der gør det muligt for en kvantecomputer at kontrollere sine egne svar på vanskelige problemer, forskerne fra University of Warwick har givet et middel til at bekræfte, at en kvantecomputer fungerer korrekt uden overdreven brug af ressourcer.

Samuele Ferracin, Theodoros Kapourniotis og Dr. Animesh Datta fra universitetets fysiske afdeling har for nylig tacklet dette problem i et papir til New Journal of Physics , udgivet i dag.

Forskerne har udviklet en protokol til at kvantificere effekterne af støj på kvantecomputers output. Støj er defineret som alt, der påvirker en kvantemaskines hardware, men er uden for brugerens kontrol, såsom udsving i temperatur eller fejl i fremstillingen. Dette kan påvirke nøjagtigheden af ​​en kvantecomputers resultater.

Når den anvendes, forskernes test producerer to procenter:hvor tæt den vurderer, at kvantecomputeren er til det korrekte resultat, og hvor sikker en bruger kan være på denne nærhed.

Testen vil hjælpe bygherrer af kvantecomputere med at afgøre, om deres maskine fungerer korrekt for at hjælpe med at forfine deres ydeevne, et vigtigt skridt i etableringen af ​​nytten af ​​kvanteberegning i fremtiden.

Dr. Animesh Datta fra University of Warwick Department of Physics sagde:"En kvantecomputer er kun nyttig, hvis den gør to ting:For det første, at det løser et svært problem; Sekundet, hvilket jeg synes er mindre værdsat, er, at det løser det hårde problem korrekt. Hvis det løser det forkert, vi havde ingen måde at finde ud af det. Så hvad vores papir giver, er en måde at beslutte, hvor tæt resultatet af en beregning er at være korrekt. "

At afgøre, om en kvantecomputer har produceret et korrekt svar på et vanskeligt problem, er en betydelig udfordring, da, Per definition, disse problemer ligger uden for omfanget af en eksisterende klassisk computer. At kontrollere, at det svar, det har givet, er korrekt, indebærer typisk at bruge et stort antal klassiske computere til at løse problemet, noget, der ikke er muligt at gøre, da de tackler stadig mere udfordrende problemer.

I stedet, forskerne har foreslået en alternativ metode, der involverer brug af kvantecomputeren til at køre en række lette beregninger, som vi allerede kender svaret på og fastslår nøjagtigheden af ​​disse resultater. Baseret på dette, forskerne kan sætte en statistisk grænse for, hvor langt kvantecomputeren kan være fra det korrekte svar i det vanskelige problem, som vi vil have det til at besvare, kendt som målberegningen.

Det er en lignende proces, som computerprogrammører bruger til at kontrollere store computerprogrammer, ved at indsætte små funktioner med kendte svar. Hvis programmet svarer nok af disse korrekt, kan de være sikre på, at hele programmet er korrekt.

Dr. Datta tilføjer:"Hele pointen med at have en kvantecomputer er ikke at bruge en eksponentiel tid på at løse problemer, så det tager en eksponentiel tid at kontrollere, om det er korrekt eller ej, besejrer pointen med det. Så vores metode er effektiv, fordi den ikke kræver en eksponentiel mængde ressourcer.

"Vi har ikke brug for en klassisk computer for at kontrollere vores kvantecomputer. Vores metode er selvstændig indeholdt i et kvantesystem, der kan bruges uafhængigt af store servere."

Hovedforfatter Samuele Ferracin har udviklet måder for forskere, der arbejder på kvantecomputere, at indarbejde testen i deres arbejde. Han sagde:"Vi har brugt de sidste par år på at tænke på nye metoder til at kontrollere svarene på kvantecomputere og foreslå dem til eksperimentelle. De første metoder viste sig at være for krævende for de eksisterende kvantecomputere, som kun kan implementere 'små' beregninger og udføre begrænsede opgaver. Med vores seneste arbejde har vi med succes udviklet en metode, der passer til eksisterende kvantecomputere og omfatter alle deres vigtigste begrænsninger. Vi samarbejder nu med eksperimentister for at forstå, hvordan det fungerer på en rigtig maskine. "

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 den en enorm fordel i forhold til klassisk computing. Visse former for problemer, som dem, der findes i kodebrydning og i kemi, er særligt velegnede til at udnytte denne ejendom.

De sidste par år har oplevet hidtil usete eksperimentelle fremskridt. De største kvantecomputere fordobles i størrelse hvert halve år og synes nu meget tæt på at opnå kvanteoverlegenhed. Quantum supremacy refererer til en milepæl i udviklingen af ​​kvantecomputere, hvor en kvantecomputer først udfører en funktion, der ville kræve urimeligt lang tid ved hjælp af en klassisk computer.

Dr. Datta tilføjer:"Det, vi er interesseret i, er at designe eller identificere måder at bruge disse kvantemaskiner til at løse hårde problemer inden for fysik og kemi, at designe nye kemikalier og materialer, eller identificere materialer med interessante eller eksotiske egenskaber. Og derfor er vi især interesseret i beregningens rigtighed. "