Квантовые вычисления: проверка правильности решений
Квантовые вычисления обещают решить задачи, которые казались нерешаемыми в таких областях, как физика, медицина, криптография и других. Но как мы можем проверить, что эти «невозможные» решения верны?
Новое исследование Суинбёрнского университета рассматривает этот парадокс. Статья опубликована в журнале Quantum Science and Technology.
«Существует ряд задач, которые даже самый быстрый в мире суперкомпьютер не сможет решить, если только не ждать ответа миллионы или даже миллиарды лет», — говорит ведущий автор, научный сотрудник Центра теории квантовой науки и технологий Суинбёрнского университета Александр Деллиос.
Для проверки квантовых компьютеров необходимы методы сравнения теории и результата без ожидания, пока суперкомпьютер выполнит ту же задачу.
Команда Суинбёрна разработала методы проверки выходных данных определённого типа квантового компьютера, называемого гауссовым бозонным сэмплером (GBS). Этот квантовый компьютер использует фотоны, частицы света, для вычисления вероятностей, на вычисление которых у самого быстрого суперкомпьютера в мире ушли бы тысячи лет.
«Всего за несколько минут на ноутбуке разработанные методы позволяют нам определить, выдаёт ли эксперимент с GBS правильный ответ и присутствуют ли какие-либо ошибки», — говорится в исследовании.
Чтобы продемонстрировать метод, команда проверила недавний эксперимент с GBS, на повторение которого с помощью существующих суперкомпьютеров потребовалось бы не менее 9 000 лет. Они обнаружили, что распределение вероятностей GBS не соответствует тому, что пытался воспроизвести эксперимент, с дополнительным шумом в эксперименте, который не был проанализирован.
Теперь они должны выяснить, является ли повторение альтернативного распределения вычислительно сложной задачей или эти ошибки привели к тому, что квантовый компьютер потерял свою «квантовость».
Ответ на этот вопрос проложит путь к созданию безошибочных квантовых компьютеров, доступных на коммерческом уровне, и Деллиос надеется оказаться в авангарде этого процесса.
«Разработка крупномасштабных, безошибочных квантовых компьютеров — это задача, требующая огромных усилий, которая, если её удастся достичь, произведёт революцию в таких областях, как разработка лекарств, искусственный интеллект, кибербезопасность и позволит нам углубить понимание физической вселенной», — говорится в исследовании.
«Важнейшим компонентом этой задачи являются масштабируемые методы проверки квантовых компьютеров, которые повышают наше понимание того, какие ошибки влияют на эти системы и как их исправить, чтобы они сохраняли свою «квантовость».
Предоставлено Суинбёрнским университетом технологий.
new Swinburne study is tackling this paradox. The paper is published in the journal Quantum Science and Technology.”,”\”There exists a range of problems that even the world’s fastest supercomputer cannot solve, unless one is willing to wait millions, or even billions, of years for an answer,\” says lead author, Postdoctoral Research Fellow from Swinburne’s Center for Quantum Science and Technology Theory, Alexander Dellios.”,”\”Therefore, in order to validate quantum computers, methods are needed to compare theory and result without waiting years for a supercomputer to perform the same task.\””,”The Swinburne team developed methods to validate the outputs of a specific type of quantum computer called a Gaussian Boson Sampler (GBS). This quantum computer uses photons, which are particles of light, to compute probabilities that would take thousands of years to work out on the world’s fastest supercomputer.”,”\”In just a few minutes on a laptop, the methods developed allow us to determine whether a GBS experiment is outputting the correct answer and what errors, if any, are present.\””,”To showcase the method, the team validated a recent GBS experiment that would take at least 9,000 years to replicate using existing supercomputers. They found that the GBS probability distribution did not correspond with what the experiment was trying to replicate, with additional noise present in the experiment that was not analyzed.”,”They must now pivot to finding out whether replicating the alternative distribution is a computationally hard task or if these errors caused the quantum computer to lose its \”quantumness.\””,”The answer to this question will pave the way for error-free quantum computers available at a commercial level, which Dellios is hoping to be at the forefront of.”,”\”Developing large-scale, error-free quantum computers is a Herculean task that, if achieved, will revolutionize fields such as drug development, AI, cyber security, and allow us to deepen our understanding of the physical universe.”,”\”A vital component of this task is scalable methods of validating quantum computers, which increase our understanding of what errors are affecting these systems and how to correct for them, ensuring they retain their ‘quantumness.’\””,”\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tProvided by\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tSwinburne University of Technology\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t”,”\n\t\t\t\t\t\t\tMore from Quantum Physics\n\t\t\t\t\t\t “]’>Источник