Gli utenti di computer ad alte prestazioni nel mercato per una macchina di ricottura quantistica o alla ricerca di modi per ottenere il massimo da uno che già possiedono trarranno vantaggio da un nuovo, strumento software open source per valutare queste piattaforme emergenti a livello di qubit individuale.

"Siamo stati motivati ​​dalla necessità di convalida e verifica dei ricottori quantistici, simile a quello che viene fatto attualmente dalle organizzazioni quando acquistano un nuovo supercomputer classico, " disse Carleton Coffrin, un informatico ed esperto di intelligenza artificiale a Los Alamos. "Eseguono test di accettazione su una vasta serie di benchmark. Non avevamo buoni analoghi per questo sui computer di ricottura quantistica. Per la ricottura quantistica, la nostra nuova valutazione a qubit singolo di ricottura quantistica, o QASA, Il protocollo ci offre uno strumento per i test di accettazione."

Coffrin è il ricercatore principale del progetto "Accelerare l'ottimizzazione combinatoria con l'hardware analogico rumoroso, " che ha sviluppato la carta, "Valutazione della fedeltà di un singolo Qubit dell'hardware di ricottura quantistica".

QASA è disponibile come software open source su github.com/lanl-ansi/QASA . QASA, che viene eseguito in parallelo per tutti i qubit su un dispositivo di ricottura quantistica, fornisce una caratterizzazione dettagliata attraverso metriche salienti sui singoli qubit, come la loro temperatura effettiva, rumore, e pregiudizi. Nella svolta chiave di questo lavoro, il modello a qubit singolo può essere eseguito in parallelo per ogni qubit in un dispositivo hardware di ricottura quantistica.

"Il protocollo QASA potrebbe eventualmente trovare un'ampia gamma di usi, come tenere traccia delle prestazioni migliorate nei computer di ricottura quantistica e aiutare gli sviluppatori di hardware a individuare le incongruenze nei propri dispositivi, " disse Coffrin. Con il protocollo, gli utenti dei ricottori quantistici potrebbero anche calibrare i loro algoritmi sui loro computer specifici.

"Caratterizzare il rumore nel sistema è probabilmente la cosa più impattante perché è l'aspetto meno riconosciuto dell'hardware, " osservò Coffrin. "Possiamo misurarlo, e capire come è distribuito in tutto l'hardware."

Il protocollo fa luce sulla variabilità delle proprietà dei qubit nell'intero computer. Con questa analisi dettagliata delle proprietà di ciascun qubit, Gli utenti di ricottura quantistica possono utilizzare QASA per verificare rapidamente il livello di coerenza tra i qubit dell'hardware ed evitare o compensare i qubit non ideali. Gli utenti utilizzano queste informazioni anche per calibrare simulazioni quantistiche idealizzate in esecuzione su dispositivi hardware specifici.

L'analisi fornisce anche diverse metriche chiave, come rumore qubit, che supportano il monitoraggio dei miglioramenti tecnici sull'hardware di ricottura quantistica man mano che viene sviluppato.

Poiché sia ​​i computer quantistici basati su gate che i computer di ricottura quantistica si spostano da progetti scientifici a compiti del mondo reale, misurare e monitorare i cambiamenti nella fedeltà delle piattaforme hardware quantistiche è essenziale per comprendere i limiti di questi dispositivi e quantificare i progressi man mano che queste piattaforme continuano a migliorare, la carta afferma.

In un processo di rilevamento guidato dai dati, Coffrin ha detto, il team di Los Alamos ha utilizzato l'apprendimento automatico e i dati di un computer D-Wave 2000Q presso il Laboratorio per sviluppare il protocollo QASA, che può essere eseguito su qualsiasi ricottore quantistico.

"Abbiamo eseguito una serie di esperimenti sul nostro D-Wave, inserendo valori diversi per un parametro, e guardato cosa è successo, " ha detto. I risultati hanno prodotto una curva sorprendente quando sono stati rappresentati graficamente. "Abbiamo dovuto sviluppare un nuovo modello teorico per corrispondere a ciò che sta accadendo". Quindi il team ha progettato un metodo di apprendimento automatico che adattasse il modello teorico ai dati. Ricottura quantistica i computer funzionano secondo un principio diverso rispetto ai computer quantistici basati su gate, che utilizzano porte analoghe alle porte logiche su un classico computer binario.

I ricottori quantistici sfruttano un'evoluzione quantistica graduale per sfruttare i principi quantistici fondamentali nella ricerca di soluzioni di alta qualità. Questo processo è più specializzato del computer basato su gate, ma è ancora sufficiente per risolvere problemi computazionali impegnativi in ​​campi come i materiali magnetici, apprendimento automatico e ottimizzazione, tutto ciò si basa sull'ottimizzazione, o trovare la risposta migliore tra tutte le risposte plausibili. Per esempio, trovare il percorso più breve per un camion di consegna che lascia i pacchi in più posizioni è un classico problema di ottimizzazione.