Kvantové počítače jsou extrémně citlivé na vnější vlivy, a tudíž náchylné k chybám, které mohou změnit výsledek výpočtu. Představuje to problém hlavně u kvantových výpočtů, které jsou mimo dosah našich důvěryhodných klasických počítačů, tj. tam, kde kde již kvůli výpočetní nadřazenosti (supremacy, „kvantová nadvláda“) kvantových počítačů nemůžeme nezávisle ověřit výsledky pomocí simulace. Těchto případů bude přibývat; ostatně kdybychom museli vše ověřovat na simulátorech, pak by výpočty s kvantovými počítači ani neměly praktický smysl.
Chiara Greganti z Vídeňské univerzity a její kolegové nyní proto vyvinuli a implementovali nový postup vzájemné (křížové) kontroly, který umožňuje ověřit výsledky výpočtu provedeného na jednom zařízení prostřednictvím nějak souvisejícího, ale zásadně odlišného výpočtu na jiném zařízení. „Požádáme různé kvantové počítače, aby provedly různé náhodně vypadající výpočty,“ uvedl spoluautor studie Martin Ringbauer z University of Innsbruck. „Kvantové počítače však nevědí, že mezi výpočty, které provádějí, existuje skrytá souvislost.“ Pomocí speciálního modelu, který je postaven na grafových strukturách, je tým schopen generovat mnoho různých souvisejících výpočtů (vycházejících z jedné vstupní sady dat atd.). „Ačkoli se výsledky mohou zdát náhodné a výpočty se liší, existují určité výstupy, které se musí shodovat, pokud zařízení pracují správně.“
Vědci implementovali novou metodu na 5 současných kvantových počítačích s využitím 4 různých hardwarových technologií: supravodivých obvodů, iontů uvězněných v pasti, fotoniky a jaderné magnetické rezonance, tj. postup funguje na současném hardwaru kvantových počítačů bez dalších speciálních problémů. Studie také prokázala, že tuto techniku lze použít ke kontrole jednoho zařízení proti sobě samému (ve stylu „výsledky dosažené dvěma různými metodami se musí shodovat“). Další klíčovou výhodou nového přístupu má být to, že výzkumníci se nemusí dívat na celý výsledek výpočtu, což může být časově velmi náročné. „Stačí zkontrolovat, jak často se různá zařízení shodují pro případy, kdy by se shodovat měla, což lze ověřit i pro velmi velké kvantové počítače,“ říká další člen výzkumného týmu, Tommaso Demarie z Entropica Labs v Singapuru.
Kvantové počítače dnes nabízí stále více subjektů a tato technika by měla pomoci ke kontrole, zda opravdu dělají to, co tvrdí dodavatel.
C. Greganti et al, Cross-verification of independent quantum devices, PRX Quantum (2021). DOI: 10.1103/PhysRevX.11.031049
Zdroj: University of Vienna / Phys.org