Новый способ квантовой томографии позволит создавать более надежные ЭВМ

Международная группа исследователей из Университета Тохоку, Нараского института науки и технологий (Япония) и Университета информационных технологий Вьетнамского национального университета предложила инновационный метод диагностики процессов, происходящих внутри квантовых компьютеров. Эта передовая разработка призвана существенно повысить надежность и точность работы вычислительных машин нового поколения.

Квантовые компьютеры оперируют сложнейшими алгоритмами, используя квантовые вентили и деликатные квантовые состояния. Благодаря этому они способны решать трудные уравнения с невероятной скоростью. Однако на практике их работа часто отклоняется от идеальных параметров из-за несовершенства самого оборудования и негативного влияния внешних факторов, таких как различные помехи и шумы.

● Арктика кричит. В океане раздаются звуки, которые пугают учёных

Для создания действительно надежных машин ученым требуется точный инструмент, позволяющий детально отслеживать все внутренние процессы квантового устройства. До недавнего времени стандартным методом считалась квантовая томография процессов. Но по мере увеличения сложности систем и роста числа кубитов, этот традиционный подход становился слишком медленным и требовал огромных затрат на вычисления и измерения.

Чтобы преодолеть эти ограничения, научный коллектив разработал новую структуру под названием томография процессов на основе компиляции (CQPT). Результаты этого важного исследования были опубликованы в авторитетном научном журнале Advanced Quantum Technologies.

Главная идея нового метода CQPT заключается в следующем: процесс начинается с заранее известного входного квантового состояния. Затем применяется специальный обучаемый алгоритм, который следует за неизвестным процессом внутри компьютера. После этого система работает в обратном направлении, чтобы оценить, насколько точно конечный результат совпадает с исходными данными.

Эта уникальная модель «возврата к входному сигналу» позволяет с высокой точностью реконструировать скрытые квантовые процессы. Важным преимуществом CQPT является то, что оптимизация может быть выполнена всего лишь по одному результату измерения для каждого входного состояния.

Исследователи пошли дальше и создали две дополнительные версии CQPT: одну на основе операторов Крауса, а другую — с использованием матрицы Чоя. Сочетание этих двух подходов дает возможность CQPT эффективно анализировать самый широкий спектр квантовых операций и зашумленных процессов, которые типичны для современных квантовых устройств.

По мнению доктора Ле Бин Хо, эффективные и масштабируемые методы анализа квантовых процессов имеют решающее значение для будущего всей отрасли квантовых вычислений. Они жизненно необходимы для проверки правильности работы квантовых вентилей и схем, своевременного выявления аппаратных сбоев, точной калибровки устройств и обеспечения надежной квантовой коррекции ошибок.

Ученый уверен, что метод CQPT способен стать практичной и более доступной альтернативой стандартной квантовой томографии. Особенно актуально это для крупных квантовых систем, где проведение полной традиционной томографии становится невыполнимой задачей из-за непомерно высокой стоимости.

В настоящее время успешность метода CQPT подтверждена тщательным теоретическим анализом и компьютерным моделированием. Эти результаты открывают многообещающие перспективы для значительного повышения эффективности квантовой томографии. В дальнейших планах исследователей — внедрение своей разработки в реальные практические эксперименты. Для этого они намерены сфокусироваться на создании версий метода, полностью готовых к работе на реальном квантовом оборудовании, а также на повышении его общей устойчивости к внешним помехам.

Читайте также:

● Где Страдивари брал дерево для своих скрипок?

● Испанский египтолог заявил, что пирамиды Гизы построила суперцивилизация

● Ученые заявили о происхождении человека от древнего одноглазого циклопа

● Исследователи раскрыли причину оледенения Земли длиной в 56 миллионов лет