O que um computador quântico tem em comum com uma escolha top draft nos esportes? Ambos têm atraído muita atenção de caçadores de talentos. Os computadores quânticos, máquinas experimentais que podem realizar algumas tarefas mais rápido do que os supercomputadores, são constantemente avaliados, assim como os jovens atletas, por seu potencial para um dia se tornar uma tecnologia revolucionária.
Agora, os investigadores-cientistas têm sua primeira ferramenta para classificar a capacidade de uma tecnologia em potencial de executar tarefas realistas, revelando seu verdadeiro potencial e limitações.
Um novo tipo de teste de benchmark, projetado no Sandia National Laboratories, prevê a probabilidade de um processador quântico executar um programa específico sem erros.
O chamado método de circuito de espelho, publicado hoje na Nature Physics, é mais rápido e preciso do que os testes convencionais, ajudando os cientistas a desenvolver as tecnologias que têm maior probabilidade de levar ao primeiro computador quântico prático do mundo, o que poderia acelerar muito a pesquisa para a medicina , química, física, agricultura e segurança nacional.
Até agora, os cientistas têm medido o desempenho em pistas de obstáculos de operações aleatórias.
Mas, de acordo com a nova pesquisa, os testes de benchmark convencionais subestimam muitos erros de computação quântica. Isso pode levar a expectativas irrealistas de quão poderosa ou útil é uma máquina quântica. Os circuitos-espelho oferecem um método de teste mais preciso, de acordo com o jornal.
Um circuito de espelho é uma rotina de computador que executa um conjunto de cálculos e depois o reverte.
“É uma prática padrão na comunidade de computação quântica usar apenas programas aleatórios e desordenados para medir o desempenho, e nossos resultados mostram que isso não é uma boa coisa a se fazer”, disse o cientista da computação Timothy Proctor, membro do Laboratório de Desempenho Quântico de Sandia que participou da pesquisa.
O novo método de teste também economiza tempo, o que ajudará os pesquisadores a avaliar máquinas cada vez mais sofisticadas. A maioria dos testes de benchmark verifica se há erros executando o mesmo conjunto de instruções em uma máquina quântica e em um computador convencional. Se não houver erros, os resultados devem corresponder.
No entanto, como os computadores quânticos realizam certos cálculos muito mais rápido do que os computadores convencionais, os pesquisadores podem passar muito tempo esperando que os computadores normais terminem.
Com um circuito de espelho, no entanto, a saída deve ser sempre a mesma que a entrada ou alguma modificação intencional. Portanto, em vez de esperar, os cientistas podem verificar imediatamente o resultado do computador quântico.
Novo método revela falhas nas classificações de desempenho convencionais
Proctor e seus colegas descobriram que os testes randomizados perdem ou subestimam os efeitos compostos dos erros. Quando um erro é agravado, ele fica pior à medida que o programa é executado, como um wide receiver que segue a rota errada, se afastando cada vez mais de onde deveria estar conforme a peça continua.
Ao simular programas funcionais, Sandia descobriu que os resultados finais geralmente apresentavam discrepâncias maiores do que os testes randomizados.
“Nossos experimentos de benchmarking revelaram que o desempenho dos computadores quânticos atuais é muito mais variável em programas estruturados” do que era conhecido anteriormente, disse Proctor.
O método do circuito de espelho também dá aos cientistas uma visão maior sobre como melhorar os computadores quânticos atuais.
“Aplicando nosso método aos computadores quânticos atuais, fomos capazes de aprender muito sobre os erros que esses dispositivos específicos sofrem – porque diferentes tipos de erros afetam programas diferentes em quantidades diferentes”, disse Proctor. “Esta é a primeira vez que esses efeitos foram observados em processadores de muitos qubit. Nosso método é a primeira ferramenta para testar esses efeitos de erro em escala.”
Publicado em 21/12/2021 19h25
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