Max Home IndustryНовый тест для проверки того, дает ли квантовый компьютер правильные ответы на вопросы, выходящие за рамки традиционных вычислений, может помочь в создании первого квантового компьютера, который может превзойти классический компьютер.
Создав протокол, который позволяет квантовому компьютеру проверять свои собственные ответы на сложные проблемы, ученые из Уорикского университета предоставили средства для подтверждения того, что квантовый компьютер работает правильно без чрезмерного использования ресурсов.
Самуэль Феррасин, Теодорос Капурниотис и доктор Анимеш Датта с факультета физики университета недавно затронули эту проблему в статье для New Journal of Physics , опубликованной сегодня (18 ноября).
Исследователи разработали протокол для количественной оценки воздействия шума на выходную мощность квантовых компьютеров. Шум определяется как все, что влияет на оборудование квантовой машины, но находится вне контроля пользователя, например, колебания температуры или дефекты изготовления. Это может повлиять на точность результатов квантового компьютера.
При применении тест исследователей дает два процента: насколько близок квантовый компьютер к правильному результату и насколько пользователь может быть уверен в этой близости.
Тест поможет разработчикам квантовых компьютеров определить, правильно ли работает их машина, чтобы улучшить их производительность, что является ключевым шагом в установлении полезности квантовых вычислений в будущем.
Доктор Анимеш Датта из физического факультета Уорикского университета сказал: «Квантовый компьютер полезен только в том случае, если он выполняет две функции: во-первых, он решает сложную проблему; во-вторых, что, я думаю, менее ценится, — это то, что он решает сложную проблему правильно. Если он решает ее неправильно, у нас не было возможности узнать. Итак, наша статья предлагает способ решить, насколько близок результат вычисления к правильному ».
Определение того, дал ли квантовый компьютер правильный ответ на сложную проблему, является серьезной проблемой, поскольку, по определению, эти проблемы выходят за рамки существующего классического компьютера. Проверка правильности полученного ответа обычно включает использование большого количества классических компьютеров для решения проблемы, что невозможно сделать, поскольку они решают все более сложные проблемы.
Вместо этого исследователи предложили альтернативный метод, который предполагает использование квантового компьютера для выполнения ряда простых вычислений, на которые мы уже знаем ответ, и определения точности этих результатов. Основываясь на этом, исследователи могут установить статистическую границу того, насколько далеко квантовый компьютер может быть от правильного ответа в сложной задаче, на которую мы хотим, чтобы он дал ответ, известной как целевое вычисление.
Это процесс, аналогичный тому, который программисты используют для проверки больших компьютерных программ, добавляя небольшие функции с известными ответами. Если программа отвечает на достаточное количество правильных ответов, они могут быть уверены, что вся программа верна.
Доктор Датта добавляет: «Вся суть квантового компьютера в том, чтобы не тратить экспоненциальное количество времени на решение задач, поэтому экспоненциальное количество времени, чтобы проверить, правильно ли это или нет, лишает смысла. Так что наши эффективен тем, что не требует экспоненциального количества ресурсов.
«Нам не нужен классический компьютер для проверки нашего квантового компьютера. Наш метод является автономным в квантовой системе, которую можно использовать независимо от больших серверов».
Ведущий автор Самуэль Феррасен разрабатывает способы, позволяющие ученым, работающим над квантовыми компьютерами, включить этот тест в свою работу. Он сказал: «Последние несколько лет мы обдумывали новые методы проверки ответов квантовых компьютеров и предлагали их экспериментаторам. Первые методы оказались слишком сложными для существующих квантовых компьютеров, которые могут реализовывать только« маленькие » вычислений и выполнения ограниченных задач. В нашей последней работе мы успешно разработали метод, который подходит для существующих квантовых компьютеров и охватывает все их основные ограничения. Сейчас мы сотрудничаем с экспериментаторами, чтобы понять, как он работает на реальной машине ».
Квантовые вычисления используют необычные свойства квантовой физики для обработки информации совершенно другим способом, чем обычные компьютеры. Используя преимущества поведения квантовых систем, например, существующих в нескольких разных состояниях одновременно, эта радикальная форма вычислений предназначена для обработки данных во всех этих состояниях одновременно, что дает ей огромное преимущество перед классическими вычислениями. Определенные виды проблем, такие как взлом кода и химия, особенно подходят для использования этого свойства.
За последние несколько лет произошел беспрецедентный экспериментальный прогресс. Крупнейшие квантовые компьютеры каждые шесть месяцев увеличиваются в размерах вдвое и, похоже, сейчас очень близки к достижению квантового превосходства. Квантовое превосходство означает веху в развитии квантовых компьютеров, когда квантовый компьютер сначала выполняет функцию, которая требует неоправданно большого количества времени при использовании классического компьютера.
Доктор Датта добавляет: «Нас интересует разработка или определение способов использования этих квантовых машин для решения сложных задач физики и химии, для разработки новых химикатов и материалов или выявления материалов с интересными или экзотическими свойствами. И это вот почему мы особенно заинтересованы в правильности вычислений «.