Измерение мощности квантового компьютера стало еще быстрее и точнее

Sandia National Laboratories разработала более быстрый и точный стиль тестирования для квантовых компьютеров, такой как тот, который изображен здесь. Предоставлено: Брет Латтер, Национальные лаборатории Сандиа.

Теперь у ученых-разведчиков есть свой первый инструмент для оценки способности перспективной технологии выполнять реалистичные задачи, раскрывая ее истинный потенциал и ограничения.

Новый вид тестов производительности, разработанный в Sandia National Laboratories, предсказывает, насколько вероятно, что квантовый процессор будет запускать определенную программу без ошибок.

Так называемый метод зеркальной схемы, опубликованный сегодня в журнале Nature Physics, работает быстрее и точнее обычных тестов, помогая ученым разрабатывать технологии, которые, скорее всего, приведут к созданию первого в мире практического квантового компьютера, который может значительно ускорить исследования в области медицины. , химия, физика, сельское хозяйство и национальная безопасность.

До сих пор ученые измеряли производительность на полосах препятствий случайных операций.

Но согласно новому исследованию, обычные тесты производительности недооценивают многие ошибки квантовых вычислений. Это может привести к нереалистичным ожиданиям относительно того, насколько мощна или полезна квантовая машина. Согласно статье, зеркальные схемы предлагают более точный метод тестирования.

Схема зеркала — это компьютерная процедура, которая выполняет набор вычислений, а затем обращает их.

«В сообществе квантовых вычислений стандартной практикой является использование только случайных, неупорядоченных программ для измерения производительности, и наши результаты показывают, что это не очень хорошо», — сказал Тимоти Проктор, ученый-компьютерщик, член лаборатории квантовой производительности Sandia, который участвовал в исследовании.

Новый метод тестирования также экономит время, что поможет исследователям оценивать все более сложные машины. Большинство тестов производительности проверяют наличие ошибок, выполняя один и тот же набор инструкций на квантовой машине и на обычном компьютере. Если ошибок нет, результаты должны совпадать.

Однако, поскольку квантовые компьютеры выполняют определенные вычисления намного быстрее, чем обычные компьютеры, исследователи могут долго ждать завершения работы обычных компьютеров.

Однако с зеркальной схемой выход всегда должен быть таким же, как вход, или иметь некоторую преднамеренную модификацию. Поэтому вместо ожидания ученые могут немедленно проверить результат квантового компьютера.

Новый метод выявляет недостатки в обычных рейтингах производительности

Проктор и его коллеги обнаружили, что рандомизированные тесты не учитывают или недооценивают совокупный эффект ошибок. Когда ошибка усугубляется, она становится хуже по мере выполнения программы, как широкий приемник, который идет по неправильному маршруту, отклоняясь все дальше и дальше от того места, где они должны быть, по мере продолжения игры.

Имитируя функциональные программы, Сандия обнаружила, что окончательные результаты часто имеют большие расхождения, чем показали рандомизированные тесты.

«Наши сравнительные эксперименты показали, что производительность современных квантовых компьютеров гораздо более изменчива для структурированных программ», чем было известно ранее, — сказал Проктор.

Метод зеркальной схемы также позволяет ученым лучше понять, как улучшить существующие квантовые компьютеры.

«Применив наш метод к современным квантовым компьютерам, мы смогли многое узнать об ошибках, с которыми сталкиваются эти конкретные устройства, потому что разные типы ошибок влияют на разные программы в разной степени», — сказал Проктор. «Эти эффекты впервые наблюдаются в многокубитных процессорах. Наш метод — это первый инструмент для масштабного исследования этих эффектов ошибок ».