Блог

Jul 22, 2023

Физики разрабатывают серию тестов контроля качества для квантовых компьютеров

29 августа 2023 г. Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

29 августа 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

корректура

Джафет Джонстон, Свободный университет Берлина

Квантовые технологии – и, в частности, квантовые компьютеры – обладают потенциалом определять развитие технологий в будущем. Ученые полагают, что квантовые компьютеры помогут им решить проблемы, с которыми пока не справляются даже самые быстрые суперкомпьютеры. Крупные международные ИТ-компании и такие страны, как США и Китай, вкладывают значительные средства в развитие этой технологии. Но поскольку квантовые компьютеры основаны на других законах физики, чем обычные компьютеры, ноутбуки и смартфоны, они более подвержены сбоям.

Междисциплинарная исследовательская группа под руководством профессора Йенса Эйзерта, физика из Свободного университета Берлина, теперь нашла способы проверить качество квантовых компьютеров. Их исследование на эту тему было недавно опубликовано в научном журнале Nature Communications. Эти научные тесты контроля качества включают методы физики, информатики и математики.

Квантовый физик из Свободного университета Берлина и автор исследования профессор Йенс Эйсерт объясняет научную основу исследования. «Квантовые компьютеры работают на основе квантово-механических законов физики, в которых отдельные атомы или ионы используются в качестве вычислительных единиц – или, другими словами, контролируемых, крошечных физических систем. Что необычно в этих компьютерах будущего, так это то, что на этом уровне природа функционирует совершенно и радикально иначе, чем наш повседневный опыт восприятия мира и то, как мы его знаем и воспринимаем».

Но у квантовых компьютеров есть одна серьезная слабость: «Они сверхчувствительны, когда дело касается источников помех. Если квантовый компьютер недостаточно защищен от окружающей среды, то свойства, отвечающие за его вычислительную мощность, исчезают. «Квантовые преимущества», как они выражаются, мы их называем, имеют тенденцию рассеиваться. Другими словами, это просто не сработает», — добавляет он.

Эта загадка ставит перед исследователями важный вопрос: как вообще можно узнать, правильно ли работает квантовая схема? Точно так же, как тесты, подтверждающие пригодность автомобиля к эксплуатации и безопасность вождения, необходимы процессы, проверяющие качество квантовых схем. «Без этих методов вы получите результаты с помощью квантовых вычислений, но не будете знать, насколько они на самом деле надежны», — говорит Эйсерт.

Междисциплинарная исследовательская группа, в которую входят представители Свободного университета Берлина, Центра Гельмгольца в Берлине, Института Генриха Герца, QuSoft в Амстердаме, Центра квантовых исследований в Абу-Даби, QMath в Копенгагене и Технического университета Мюнхена, теперь нашла способы тестирования. качество квантовых компьютеров. «Метод настолько же прост, насколько и удивителен: реализуются случайные схемы, а затем результаты измерений выводятся в «квантовых битах» или «кубитах», которые мы называем базовой единицей квантовой информации», — объясняет Эйсерт.

Эти данные предоставляют целый ряд диагностической информации, которую можно использовать, например, для того, чтобы выяснить, насколько хорошо работают квантовые вентили, есть ли какие-либо интерференционные факторы или взаимодействуют ли определенные части друг с другом непреднамеренно.

«Если мы придерживаемся метафоры отправки вашего автомобиля на проверку технического обслуживания, это все равно, что несколько раз случайным образом протереть машину снаружи тряпкой несколькими быстрыми движениями и в то же время выяснить, работает ли двигатель. есть ли омывающая жидкость в стеклоочистителе и правильно ли отрегулированы тормоза. Все эти процессы сведены в одно измерение, а это значит, что весь спектр диагностики фактически проводится одним махом", - говорит Эйзерт.