Onderzoekers ontwikkelen tool om kwantumberekeningen te verifiëren

Onderzoekers van de Universiteit van Warwick in het Verenigd Koninkrijk hebben een manier ontwikkeld die foute berekeningen van kwantumcomputers corrigeert. De nieuwe tool pakt de grondoorzaak van fouten in kwantumcomputing aan: ruis. 

Kwantumcomputers kunnen hardnekkige problemen oplossen, waar klassieke computers duizenden jaren voor nodig hebben. Toch roept dit de praktische vraag op hoe die antwoorden kunnen worden gecontroleerd? De qubits die aan de grond liggen van kwantumcomputing, zijn namelijk bijzonder gevoelig aan ruis en fouten.

Gecompliceerd circuit

Willekeurige factoren zoals fabricagefouten of temperatuurschommelingen zorgen voor ruis. Onderzoekers bedachten daarom een manier om de resultaten van kwantumberekeningen te controleren. De resultaten zijn gepubliceerd in de vorm van een ‘verificatieprotocol’.

Met de tool is het nu mogelijk om te controleren of de ruis die een kwantumcomputer beïnvloedt onder een bepaald niveau ligt. Hierdoor kunnen wetenschappers ervoor zorgen dat hun berekeningen nauwkeurig worden opgelost.

Om de werking van het nieuwe protocol te begrijpen, moet je volgens een van de onderzoekers en hoofdauteur van het verificatieprotocol, Samuele Ferracin, een kwantumberekening voorstellen als een gecompliceerd circuit gemaakt van poorten, draden, metingen enzoverder.

De ontwikkelde tool tekent verschillende alternatieve versies van een bepaald circuit, die vergelijkbaar zijn met de oorspronkelijke berekening. Alleen kunnen deze allemaal op een klassieke computer worden gesimuleerd. Kortweg gezegd: het protocol maakt eenvoudigere berekeningen (trap circuits), die niettemin de ruis weerspiegelen die in het oorspronkelijke kwantumcircuit plaatsvindt.

Nauwkeurigheid

Hierdoor is het mogelijk voor klassieke computers om de nauwkeurigheid vast te stellen van de resultaten, die door trap circuits worden gegenereerd. Dat stelt onderzoekers in staat te bepalen hoe nauwkeurig de kwantumcomputer zal zijn bij het oplossen van de moeilijke berekening. “Door de grotere berekening achter verschillende kleinere circuits te verbergen, kunnen we dingen verifiëren die we niet kunnen simuleren op een klassieke computer”, aldus Ferracin.

De uitkomst van de alternatieve berekeningen wordt door klassieke computers geaccepteerd als ‘correct’ of ‘potentieel incorrect’. Dat geeft onderzoekers een indicatie van waar de computer op de schaal van ruis zit. Om de verificatie te verfijnen, levert de test twee percentages op: hoe dicht hij schat dat de kwantumcomputer het juiste resultaat heeft en hoe zeker een gebruiker kan zijn van die nabijheid.

Overigens is het gebruik van trap circuits om zo de nauwkeurigheid van een kwantumberekening te controleren niet nieuw. De methode wordt in beperkte mate al gebruikt om kleinere bewerkingen op klassieke computers te simuleren. De voornaamste doorbraak van Ferracin en zijn collega’s zit erin dat ze het proces schaalbaar hebben gemaakt.

Ferracin: “De circuits die in ons protocol zijn geïmplementeerd, zijn niet groter dan de circuits die we willen verifiëren. Dit is nog niet eerder gedaan, wat betekent dat de test praktisch en schaalbaar is.”