Nell'informatica quantistica, come nel team building, un po' di diversità può aiutare a svolgere meglio il lavoro, gli scienziati informatici hanno scoperto.

A differenza dei computer tradizionali, l'elaborazione nelle macchine quantistiche è rumorosa, che produce tassi di errore notevolmente superiori a quelli dei computer basati su silicio. Quindi le operazioni quantistiche vengono ripetute migliaia di volte per fare in modo che la risposta corretta si distingua statisticamente da tutte quelle sbagliate.

Ma eseguire la stessa operazione più e più volte sullo stesso set di qubit può semplicemente generare le stesse risposte errate che possono sembrare statisticamente la risposta corretta. La soluzione, secondo i ricercatori del Georgia Institute of Technology, consiste nel ripetere l'operazione su diversi set di qubit che hanno firme di errore diverse e quindi non produrranno gli stessi errori correlati.

"L'idea qui è di generare una varietà di errori in modo da non vedere sempre lo stesso errore, " disse Moinuddin Qureshi, un professore alla School of Electrical and Computer Engineering della Georgia Tech, che ha elaborato la tecnica con il suo dottorato di ricerca senior. alunno, Swamit Tannu. "Qubit diversi tendono ad avere firme di errore diverse. Quando si combinano i risultati di insiemi diversi, la risposta giusta appare anche se ognuno di loro individualmente non ha ottenuto la risposta giusta, ", ha detto Tanni.

Tannu confronta la tecnica, noto come Ensemble of Diverse Mappings (EDM), al game show Chi vuol essere milionario. I concorrenti che non sono sicuri della risposta a una domanda a scelta multipla possono chiedere aiuto al pubblico in studio.

"Non è necessario che la maggior parte delle persone tra il pubblico conosca la risposta giusta, " disse Qureshi. "Se anche il 20% lo sa, puoi identificarlo. Se le risposte vanno allo stesso modo nei quattro secchi delle persone che non sanno, la risposta giusta otterrà il 40% e puoi selezionarla anche se solo un numero relativamente piccolo di persone la ottiene correttamente."

Esperimenti con un computer Noisy Intermediate Scale Quantum (NISQ) esistente hanno dimostrato che l'EDM migliora la qualità dell'inferenza di 2,3 volte rispetto agli algoritmi di mappatura all'avanguardia. Combinando le distribuzioni di probabilità di output del diverso insieme, EDM amplifica la risposta corretta sopprimendo quelle errate.

La tecnica EDM, Tannu ammette, è controintuitivo. I qubit possono essere classificati in base al loro tasso di errore su specifici tipi di problemi, e la linea d'azione più logica potrebbe essere quella di utilizzare il set più accurato. Ma anche i migliori qubit producono errori, ed è probabile che quegli errori siano gli stessi quando l'operazione viene eseguita migliaia di volte.

La scelta di qubit con tassi di errore diversi, e quindi diversi tipi di errore, li protegge garantendo che l'unica risposta corretta superi la diversità degli errori.

"L'obiettivo della ricerca è creare diverse versioni del programma, ognuno dei quali può sbagliare, ma non commetteranno errori identici, » spiegò Tannu. «Finché si commettono errori diversi, quando fai la media delle cose, gli errori vengono cancellati ed emerge la risposta giusta."

Qureshi confronta la tecnica EDM con le tecniche di team building promosse dai consulenti delle risorse umane.

"Se formiamo un team di esperti con esperienze identiche, tutti possono avere lo stesso punto cieco, " Egli ha detto, aggiungendo una dimensione umana. "Se vuoi rendere una squadra resiliente ai punti ciechi, raccogliere un gruppo di persone che hanno diversi punti ciechi. Nel complesso, la squadra sarà protetta da punti ciechi specifici".

I tassi di errore nei computer convenzionali basati su silicio sono praticamente trascurabili, circa uno su mille trilioni di operazioni, ma i computer quantistici NISQ di oggi producono un errore in sole 100 operazioni.

"Si tratta di macchine davvero in fase iniziale in cui i dispositivi hanno molti errori, " disse Qureshi. "Questo probabilmente migliorerà nel tempo, ma poiché dipendiamo da una materia che ha un'energia estremamente bassa e manca di stabilità, non otterremo mai l'affidabilità che ci si aspetta dal silicio. Gli stati quantistici riguardano intrinsecamente una singola particella, ma con il silicio stai impacchettando molte molecole insieme e facendo una media della loro attività.

"Se l'hardware è intrinsecamente inaffidabile, dobbiamo scrivere software per sfruttarlo al meglio, " ha detto. "Dobbiamo prendere in considerazione le caratteristiche hardware per rendere utili queste macchine uniche".

L'idea di eseguire un'operazione quantistica migliaia di volte per ottenere quella che probabilmente sarà la risposta giusta all'inizio sembra controproducente. Ma l'informatica quantistica è molto più veloce dell'informatica convenzionale che nessuno si opporrebbe a qualche migliaio di ripetizioni.

"L'obiettivo con i computer quantistici non è prendere un programma attuale ed eseguirlo più velocemente, " Qureshi ha detto. "Usando quantistica, possiamo risolvere problemi praticamente impossibili da risolvere anche con i supercomputer più veloci. Con diverse centinaia di qubit, che va oltre l'attuale stato dell'arte, potremmo risolvere problemi che impiegherebbero mille anni con il supercomputer più veloce."

Qureshi ha aggiunto:"Non ti dispiace fare il calcolo qualche migliaio di volte per ottenere una risposta del genere."

Lo schema di mitigazione dell'errore quantistico dovrebbe essere presentato il 14 ottobre al 52° Simposio internazionale annuale IEEE/ACM sulla microarchitettura. Il lavoro è stato supportato da un regalo di Microsoft.