Компьютерная программа, разработанная для поиска «утечки» в квантовых компьютерах

Новая компьютерная программа, которая обнаруживает, когда информация в квантовом компьютере уходит в нежелательные состояния, позволит пользователям этой многообещающей технологии впервые проверить ее надежность без каких-либо технических знаний.

Исследователи из физического факультета Университета Уорика разработали квантовую компьютерную программу для обнаружения «утечки», когда информация, обрабатываемая квантовым компьютером, выходит из состояний 0 и 1.

Их метод представлен в статье, опубликованной сегодня (19 марта) в журнале Physical Review A , и включает в себя экспериментальные данные из его приложения на общедоступной машине, которые показывают, что нежелательные состояния влияют на определенные вычисления.

Квантовые вычисления используют необычные свойства квантовой физики для обработки информации совершенно иначе, чем в обычных компьютерах. Используя преимущества квантовых систем, таких как одновременное существование в нескольких различных состояниях, эта радикальная форма вычислений предназначена для одновременной обработки данных во всех этих состояниях, что дает ей огромное преимущество перед обычными вычислениями.

В традиционных вычислениях квантовые компьютеры используют комбинации 0 и 1 для кодирования информации, но квантовые компьютеры могут использовать квантовые состояния, которые одновременно равны 0 и 1. Однако аппаратное обеспечение, которое кодирует эту информацию, может иногда неправильно ее кодировать в другом состоянии, и эта проблема известна как «утечка». Даже незначительная утечка, накапливающаяся на многих миллионах аппаратных компонентов, может привести к просчетам и потенциально серьезным ошибкам, сводящим на нет любое квантовое преимущество по сравнению с обычными компьютерами. Как часть более широкого набора ошибок, утечка играет свою роль в предотвращении масштабирования квантовых компьютеров до коммерческого и промышленного применения.

Вооруженные знаниями о том, сколько происходит утечка квантов, компьютерные инженеры смогут лучше создавать системы, которые могут противодействовать ей, а программисты могут разработать новые методы исправления ошибок, чтобы учесть это.

Доктор Анимеш Датта, доцент кафедры физики, сказал: «Коммерческий интерес к квантовым вычислениям растет, поэтому мы хотели спросить, как мы можем с уверенностью сказать, что эти машины делают то, что должны делать.

«Квантовые компьютеры в идеале сделаны из кубитов, но, как выясняется, в реальных устройствах иногда они вообще не являются кубитами, а на самом деле являются квитрами (три состояния) или квартами (четыре состояния системы). Такая проблема может привести к повреждению каждый последующий шаг вашей вычислительной работы.

«Большинство аппаратных платформ квантовых вычислений страдают от этой проблемы — например, даже обычные компьютерные диски испытывают магнитную утечку. Нам нужны инженеры квантовых компьютеров, чтобы максимально уменьшить утечку посредством проектирования, но мы также должны позволить пользователям квантовых компьютеров выполнять простую диагностику». тесты для этого.

«Если квантовые компьютеры будут широко использоваться, важно, чтобы пользователь, не имеющий представления о том, как работает квантовый компьютер, мог проверить, правильно ли он работает, не требуя технических знаний, или если они обращаются к этому компьютеру удаленно».

Исследователи применили свой метод, используя квантовые устройства IBM Q Experience, через общедоступный облачный сервис IBM. Они использовали технику, называемую свидетельством измерения: многократно применяя одну и ту же операцию на платформе IBM Q, они получили набор данных результатов, которые нельзя объяснить ни одним квантовым битом, а только более сложной квантовой системой более высокого измерения. Они подсчитали, что вероятность такого вывода из простого шанса составляет менее 0,05%.

В то время как обычные компьютеры используют двоичные цифры или 0 и 1 для кодирования информации в транзисторах, квантовые компьютеры используют субатомные частицы или сверхпроводящие схемы, известные как трансмоны, для кодирования этой информации в качестве кубита. Это означает, что он находится в суперпозиции 0 и 1 одновременно, что позволяет пользователям одновременно вычислять разные последовательности одних и тех же кубитов. По мере увеличения числа кубитов число процессов также увеличивается в геометрической прогрессии. Определенные виды проблем, такие как проблемы, возникающие при взломе кода (который основан на факторизации больших целых чисел) и в химии (например, моделирование сложных молекул), особенно подходят для использования этого свойства.

Трансмоны (и другое квантовое компьютерное оборудование) могут существовать в огромном количестве состояний: 0, 1, 2, 3, 4 и так далее. Идеальный квантовый компьютер использует только состояния 0 и 1, а также их суперпозиции, в противном случае в квантовых вычислениях появятся ошибки.

Д-р Джордж Коли, чья работа финансировалась Исследовательским стипендиатом Королевской комиссии по выставке 1851 года, сказал: «Совершенно очевидно, что можно сделать такой вывод на расстоянии нескольких тысяч миль при очень ограниченном доступе к сама микросхема IBM. Хотя наша программа использовала только разрешенные инструкции «один кубит», подход, свидетельствующий об измерениях, был способен показать, что в компонентах трансмодуляной схемы были получены доступ к нежелательным состояниям. Я вижу это как выигрыш для любого пользователя, который хочет исследовать объявленные свойства квантовой машины, не обращаясь к деталям оборудования ».

Источник информации: https://phys.org/news/2019-03-leakage-quantum.html#jCp

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

comments powered by HyperComments
Оценки статьи:
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...