QC资讯丨开发计算机程序以发现量子计算机中的“泄漏”-量子客
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一种新的计算机程序可以发现量子计算机中的信息何时逃逸到不需要的状态,这将使这项有前途的技术的用户能够在不具备任何技术知识的情况下首次检查其可靠性。

华威大学物理系的研究人员开发了一种量子计算机程序,用于检测“泄漏”的存在,即量子计算机处理的信息从0和1的状态中逃逸出来。

他们的方法于3月19日发表在《物理评论A》期刊上的一篇论文中,其中包括来自其在公共可访问机器上的应用的实验数据,这些数据表明不期望的状态正在影响某些计算。

量子计算利用量子物理学的不寻常特性,以与传统计算机完全不同的方式处理信息。利用量子系统的行为,例如同时存在于多个不同状态,这种激进的计算形式被设计为同时处理所有这些状态中的数据,使其具有优于传统计算的巨大优势。

在传统计算中,量子计算机使用0和1的组合来编码信息,但量子计算机可以同时利用0和1的量子状态。但是,编码该信息的硬件有时可能会在另一个状态下错误地编码,这个问题称为“泄漏”。即使是在数百万个硬件组件上累积的微小泄漏也会导致错误计算和潜在的严重错误,从而使传统计算机的任何量子优势都无效。作为更广泛的错误的一部分,泄漏正在阻止量子计算机扩展到商业和工业应用。

有了量子泄漏发生的知识,计算机工程师将能够更好地构建针对减轻量子泄漏的系统,程序员也可以开发顾及量子泄漏的新的纠错技术。

物理学副教授Animesh Datta博士说:“对量子计算的商业兴趣正在增长,所以我们想问,我们如何才能确定这些机器正在做他们应该做的事情。”

“量子计算机理想情况下是由量子比特组成的,但事实证明,在实际设备中,它们在某些时候根本不是量子比特,而是qutrits(三态)或ququarts(四态系统)。这样的问题可能会波坏计算操作的每个后续步骤。”

“大多数量子计算硬件平台都存在这个问题——例如,即使是传统的计算机驱动器也会发生磁泄漏。我们需要量子计算机工程师通过设计尽可能地减少泄漏,但我们还需要允许量子计算机用户对其执行简单的诊断测试。”

“如果量子计算机要进入普通用途,重要的是,不知道量子计算机如何工作的用户可以在不需要技术知识的情况下检查它是否正常运行,或者是否正在远程访问该计算机。”

研究人员通过IBM可公开访问的云服务,使用IBM Q Experience量子设备应用他们的方法。他们使用了一种称为维度见证的技术:通过在IBM Q平台上重复应用相同的操作,他们获得了结果的数据集,其无法通过单个量子比特来解释,只能通过一个更复杂、更高维度的量子系统来解释。他们计算出这一结论仅仅偶然产生的概率小于0.05%。

虽然传统计算机使用二进制数字或0和1在晶体管中编码信息,但量子计算机使用亚原子粒子或称为透射子(transmons)的超导电路将该信息编码为量子比特。这意味着它同时处于0和1的叠加状态,允许用户同时计算相同量子比特的不同序列。随着量子比特数量的增加,处理的数量也呈指数增长。某些类型的问题,例如在代码破译(依赖于分解大整数)和化学(例如模拟复杂分子)中发现的问题,特别适合于利用这一特性。

透射子(以及其他量子计算机硬件)可以存在于很多状态:0,1,2,3,4等等。理想的量子计算机仅使用状态0和1,以及它们的叠加态,否则在量子计算中将会出现错误。

George Knee博士的研究工作是由1851年皇家展览委员会的研究经费资助的,他说:“能够在几千英里以外的地方得出这样的结论是相当了不起的,而且IBM芯片本身的使用也非常有限。虽然我们的程序只使用了允许的“单量子比特”指令,但维度见证方法能够显示出在透射子电路组件中正在访问不需要的状态。我认为,对于任何想要研究量子机器的广告属性而不需要参考特定于硬件的细节的用户来说,这都是一场胜利。”

本文是《量子计算前沿》基于相关资料原创编译,并完整授权量子客整理发布。

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