Исследователи проверяют точность квантовых компьютеров

Квантовые компьютеры развиваются быстрыми темпами и уже начинают расширять возможности крупнейших суперкомпьютеров в мире. Тем не менее, эти устройства чрезвычайно чувствительны к внешним воздействиям и, следовательно, подвержены ошибкам, которые могут изменить результат вычислений. Это особенно сложно для квантовых вычислений, которые недоступны для наших надежных классических компьютеров, где мы больше не можем независимо проверять результаты с помощью моделирования. «Чтобы в полной мере использовать преимущества будущих квантовых компьютеров для критических вычислений, нам нужен способ гарантировать, что результат будет правильным, даже если мы не сможем выполнить рассматриваемый расчет другими способами», - говорит Кьяра Греганти (Chiara Greganti) из Венского университета.

Чтобы решить эту проблему, команда разработала и внедрила новую процедуру перекрестной проверки, которая позволяет проверять результаты вычислений, выполненных на одном устройстве, с помощью связанных, но принципиально разных вычислений на другом устройстве. «Мы просим разные квантовые компьютеры выполнять разные случайные вычисления, - объясняет Мартин Рингбауэр (Martin Ringbauer) из Университета Инсбрука. - Чего не знают квантовые компьютеры, так это того, что существует скрытая связь между вычислениями, которые они делают». Используя альтернативную модель квантовых вычислений, основанную на структурах графов, команда может производить множество различных вычислений из общего источника. «Хотя результаты могут казаться случайными, а вычисления могут отличаться, есть определенные результаты, которые должны согласовываться, если устройства работают правильно».

Команда реализовала свой метод на пяти современных квантовых компьютерах с использованием четырех различных аппаратных технологий: сверхпроводящие схемы, захваченные ионы, фотоника и ядерный магнитный резонанс. Это говорит о том, что метод работает на текущем оборудовании без каких-либо особых требований. Команда также продемонстрировала, что эту технику можно использовать для проверки одного устройства на себе. Поскольку эти два вычисления очень разные, два результата будут согласованы только в том случае, если они также верны. Еще одно ключевое преимущество нового подхода состоит в том, что исследователям не нужно смотреть на полный результат вычислений, что может занять очень много времени. «Достаточно проверить, как часто разные устройства согласуются в тех случаях, когда они должны, что можно сделать даже для очень больших квантовых компьютеров», - говорит Томмазо Демари (Tommaso Demarie) из Entropica Labs в Сингапуре. По мере того, как становится доступным все больше и больше квантовых компьютеров, этот метод может стать ключом к тому, чтобы убедиться, что они делают то, что рекламируется.

Исследование, направленное на то, чтобы сделать квантовые компьютеры заслуживающими доверия, является совместным усилием университетских ученых и экспертов индустрии квантовых вычислений из нескольких компаний. «Это тесное сотрудничество академических кругов и промышленности - вот что делает эту работу уникальной с социологической точки зрения, - делится Джо Фитцсаймонс (Joe Fitzsimons) из Horizon Quantum Computing в Сингапуре. - В то время как некоторые исследователи постепенно переходят в компании, они продолжают вносить свой вклад в общие усилия, направленные на то, чтобы квантовые вычисления были надежными и полезными».

Несколько квантовых компьютеров, использующих разное оборудование, тестируют друг друга, позволяя им выполнять произвольно выглядящие вычисления, которые связаны структурой скрытого графа

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365