Usuários de computador de alto desempenho no mercado de uma máquina de recozimento quântico ou procurando maneiras de obter o máximo de uma que já possuem se beneficiarão de uma nova ferramenta de software de código aberto para avaliar essas plataformas emergentes no nível de qubit individual.
“Fomos motivados pela necessidade de validação e verificação de recozedores quânticos, semelhante ao que é feito atualmente pelas organizações quando compram um novo supercomputador clássico”, disse Carleton Coffrin, cientista da computação e especialista em inteligência artificial em Los Alamos. “Eles realizam testes de aceitação em um grande conjunto de benchmarks. Não tínhamos bons análogos para isso nos computadores de recozimento quântico. Para o recozimento quântico, nosso novo protocolo Quantum Annealing Single-qubit Assessment, ou QASA, nos dá uma ferramenta para teste de aceitação.”
Coffrin é o investigador principal do projeto “Acelerando a Otimização Combinatória com Hardware Analógico Ruidoso”, que desenvolveu o artigo “Avaliação de Fidelidade Single-Qubit de Hardware de Recozimento Quântico”.
QASA está disponível como software de código aberto em github.com/lanl-ansi/QASA. QASA, que é executado em paralelo para todos os qubits em um dispositivo de recozimento quântico, fornece uma caracterização detalhada por meio de métricas salientes sobre qubits individuais, como sua temperatura efetiva, ruído e polarização. Na principal descoberta deste trabalho, o modelo de qubit único pode ser executado em paralelo para cada qubit em um dispositivo de hardware de recozimento quântico.
“O protocolo QASA pode eventualmente encontrar uma ampla gama de usos, como rastrear o desempenho aprimorado em computadores de recozimento quântico e ajudar os desenvolvedores de hardware a detectar inconsistências em seus próprios dispositivos”, disse Coffrin. Com o protocolo, os usuários de annealers quânticos também podem calibrar seus algoritmos para seus computadores específicos.
“Caracterizar o ruído no sistema é provavelmente a coisa mais impactante porque é o aspecto menos conhecido do hardware”, observou Coffrin. “Podemos medi-lo e entender como ele é distribuído por todo o hardware.”
O protocolo lança luz sobre a variabilidade das propriedades do qubit em todo o computador. Com essa análise detalhada das propriedades de cada qubit, os usuários do annealer quântico podem empregar o QASA para verificar rapidamente o nível de consistência entre os qubits do hardware e evitar ou compensar qubits não ideais. Os usuários também usam essas informações para calibrar simulações quânticas idealizadas em execução em dispositivos de hardware específicos.
A análise também produz várias métricas importantes, como ruído qubit, que suporta o rastreamento de melhorias técnicas no hardware de recozimento quântico conforme ele é desenvolvido.
À medida que os computadores quânticos baseados em gate e os computadores de recozimento quântico passam de projetos científicos para tarefas do mundo real, medir e rastrear mudanças na fidelidade das plataformas de hardware quântico é essencial para compreender as limitações desses dispositivos e quantificar o progresso à medida que essas plataformas continuam a melhorar , afirma o jornal.
Em um processo de descoberta baseado em dados, disse Coffrin, a equipe de Los Alamos usou aprendizado de máquina e dados de um computador D-Wave 2000Q no Laboratório para desenvolver o protocolo QASA, que pode ser executado em qualquer recozedor quântico.
“Fizemos vários experimentos em nosso D-Wave, colocando valores diferentes para um parâmetro, e observamos o que aconteceu”, disse ele. Os resultados produziram uma curva surpreendente quando representados graficamente. “Tivemos que desenvolver um novo modelo teórico para corresponder ao que está acontecendo.” Em seguida, a equipe projetou um método de aprendizado de máquina que ajustou o modelo teórico aos dados. Os computadores de recozimento quântico operam em um princípio diferente dos computadores quânticos baseados em portas, que usam portas análogas às portas lógicas de um computador binário clássico.
Os recozedores quânticos aproveitam uma evolução quântica suave para explorar os princípios quânticos fundamentais na descoberta de soluções de alta qualidade. Este processo é mais especializado do que o computador baseado em gate, mas ainda é suficiente para resolver problemas computacionais desafiadores em campos como materiais magnéticos, aprendizado de máquina e otimização, todos os quais dependem da otimização, ou encontrar a melhor resposta entre todas as respostas plausíveis. Por exemplo, encontrar a rota mais curta para um caminhão de entrega soltando pacotes em vários locais é um problema clássico de otimização.
Publicado em 08/07/2021 22h40
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