Kan du stole på din kvantesimulator? Ny teknik hjælper med at verificere nøjagtigheden af ​​eksperimenter

Inden for kvanteberegningsområdet står eksperimenter, der involverer komplekse kvantekredsløb, over for udfordringen med at sikre deres nøjagtighed. Kvantesimulatorer kommer til undsætning ved at give en måde at efterligne disse kredsløb, hvilket gør det muligt for forskere at verificere rigtigheden af ​​deres eksperimenter. Men hvordan kan man stole på selve kvantesimulatoren? Forskere fra Kina og Østrig har udviklet en teknik til at vurdere pålideligheden af ​​kvantesimuleringer ved at sammenligne deres resultater med andre simulatorers resultater. Denne metode spiller en afgørende rolle i at opbygge tillid til nøjagtigheden af ​​kvanteberegningseksperimenter.

Quantum computing rummer et enormt potentiale på grund af dets evne til at løse visse problemer meget hurtigere end klassiske computere. Kvantesystemer er dog notorisk skrøbelige, modtagelige for miljøstøj og andre faktorer, der kan introducere fejl i beregninger. At verificere rigtigheden af ​​kvanteeksperimenter bliver afgørende, især da kompleksiteten af ​​kvantekredsløb vokser.

Kvantesimulatorer, som i det væsentlige er kontrollerede kvantesystemer, tilbyder et middel til at simulere opførselen af ​​kvantekredsløb og opnå resultater, der matcher de faktiske kvanteeksperimenter. Men selv disse simulatorer kan blive påvirket af ufuldkommenheder og fejl.

Den nyudviklede teknik, kaldet "krydsvalidering af multi-qubit kvantesimuleringer," løser dette problem. Det involverer at udføre det samme kvanteeksperiment på flere forskellige kvantesimulatorer og derefter sammenligne resultaterne. Denne sammenligning giver forskere mulighed for at identificere uoverensstemmelser og opnå tillid til nøjagtigheden af ​​kvantesimuleringsresultaterne.

"Vores arbejde giver et kraftfuldt værktøj til verifikation af kvanteeksperimenter," forklarer Zhi-Cheng Yang, medforfatter af undersøgelsen. "Ved at anvende flere kvantesimulatorer og sammenligne deres output kan vi opnå et højere niveau af tillid til validiteten af ​​vores resultater, selv når vi har at gøre med meget komplekse kvantekredsløb."

Forskerne brugte superledende kvantekredsløb, en førende platform for kvanteinformationsbehandling, til at demonstrere deres teknik. De udførte simuleringer på to forskellige kvantesimulatorer og fandt høj konsistens i resultaterne. Dette forstærkede pålideligheden af ​​deres eksperimentelle resultater.

Desuden er teknikken skalerbar og kan anvendes til mere omfattende kvantesimuleringer og forskellige hardwareplatforme, såsom fangede ioner og fotoniske systemer.

"Krydsvalidering af kvantesimuleringer er et vigtigt skridt i retning af at fremme kvanteberegningsområdet," siger Johannes Fink, medforfatter af undersøgelsen. "Når vi fortsætter med at udforske og udvikle kvanteteknologier, bliver det stadig vigtigere at sikre nøjagtigheden og troværdigheden af ​​vores eksperimenter. Denne teknik bidrager væsentligt til denne bestræbelse."