Na computação quântica, como na construção de equipes, um pouco de diversidade pode ajudar a fazer melhor o trabalho, cientistas da computação descobriram.

Ao contrário dos computadores convencionais, o processamento em máquinas baseadas em quantum é ruidoso, que produz taxas de erro dramaticamente maiores do que os computadores baseados em silício. Portanto, as operações quânticas são repetidas milhares de vezes para fazer com que a resposta correta se destaque estatisticamente de todas as erradas.

Mas executar a mesma operação repetidamente no mesmo conjunto de qubit pode apenas gerar as mesmas respostas incorretas que podem parecer estatisticamente a resposta correta. A solução, de acordo com pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia, é repetir a operação em diferentes conjuntos de qubit que possuem diferentes assinaturas de erro - e, portanto, não produzirão os mesmos erros correlacionados.

"A ideia aqui é gerar uma diversidade de erros para que você não veja o mesmo erro repetidamente, "disse Moinuddin Qureshi, professor da Escola de Engenharia Elétrica e da Computação da Georgia Tech, que desenvolveu a técnica com seu Ph.D. sênior aluna, Swamit Tannu. "Diferentes qubits tendem a ter diferentes assinaturas de erro. Quando você combina os resultados de diversos conjuntos, a resposta certa aparece mesmo que cada um deles individualmente não tenha obtido a resposta certa, "disse Tannu.

Tannu compara a técnica, conhecido como Ensemble of Diverse Mappings (EDM), para o game show Quem Quer Ser Milionário. Os competidores que não têm certeza da resposta a uma pergunta de múltipla escolha podem pedir ajuda ao público do estúdio.

"Não é necessário que a maioria das pessoas na plateia saiba a resposta certa, "Disse Qureshi." Se 20% souberem disso, você pode identificá-lo. Se as respostas forem iguais nos quatro baldes das pessoas que não sabem, a resposta certa terá 40% e você pode selecioná-la mesmo se apenas um número relativamente pequeno de pessoas acertar. "

Experimentos com um computador NISQ (Noisy Intermediate Scale Quantum) existente mostraram que o EDM melhora a qualidade de inferência em 2,3 vezes em comparação com algoritmos de mapeamento de última geração. Ao combinar as distribuições de probabilidade de saída do conjunto diverso, EDM amplifica a resposta correta suprimindo as incorretas.

A técnica EDM, Tannu admite, é contra-intuitivo. Qubits podem ser classificados de acordo com sua taxa de erro em tipos específicos de problemas, e o curso de ação mais lógico pode ser usar o conjunto mais preciso. Mas mesmo os melhores qubits produzem erros, e esses erros provavelmente serão os mesmos quando a operação for executada milhares de vezes.

A escolha de qubits com diferentes taxas de erro - e, portanto, diferentes tipos de erro - evita isso, garantindo que a única resposta correta ficará acima da diversidade de erros.

“O objetivo da pesquisa é criar várias versões diferentes do programa, cada um dos quais pode cometer um erro, mas eles não cometerão erros idênticos, "Tannu explicou." Contanto que cometam erros diversos, quando você calcula as coisas, os erros são cancelados e a resposta certa surge. "

Qureshi compara a técnica de EDM às técnicas de construção de equipes promovidas por consultores de recursos humanos.

"Se você formar uma equipe de especialistas com experiências idênticas, todos eles podem ter o mesmo ponto cego, " ele disse, adicionando uma dimensão humana. "Se você quiser fazer uma equipe resiliente aos pontos cegos, reúna um grupo de pessoas com diferentes pontos cegos. Como um todo, a equipe será protegida contra pontos cegos específicos. "

As taxas de erro em computadores convencionais baseados em silício são praticamente insignificantes, cerca de uma em mil trilhões de operações, mas os computadores quânticos NISQ de hoje produzem um erro em apenas 100 operações.

"Estas são máquinas em estágio inicial em que os dispositivos apresentam muitos erros, "Qureshi disse." Isso provavelmente vai melhorar com o tempo, mas porque somos dependentes de matéria que tem energia extremamente baixa e falta estabilidade, nunca obteremos a confiabilidade que esperamos com o silício. Os estados quânticos são inerentemente sobre uma única partícula, mas com o silício você empacota muitas moléculas e calcula a média de sua atividade.

"Se o hardware não for inerentemente confiável, temos que escrever software para aproveitá-lo ao máximo, "ele disse." Temos que levar em consideração as características do hardware para tornar úteis essas máquinas exclusivas. "

A noção de executar uma operação quântica milhares de vezes para obter o que provavelmente é a resposta certa parece contraproducente. Mas a computação quântica é tão mais rápida do que a computação convencional que ninguém se oporia a fazer alguns milhares de execuções duplicadas.

"O objetivo dos computadores quânticos não é pegar um programa atual e executá-lo mais rápido, "Qureshi disse." Usando quantum, podemos resolver problemas que são virtualmente impossíveis de resolver até mesmo com os supercomputadores mais rápidos. Com várias centenas de qubits, que está além do atual estado da arte, poderíamos resolver problemas que levariam mil anos com o supercomputador mais rápido. "

Qureshi acrescentou:"Você não se importa em fazer o cálculo alguns milhares de vezes para obter uma resposta como essa."

O esquema de mitigação de erro quântico está programado para ser apresentado em 14 de outubro no 52º Simpósio Internacional IEEE / ACM Anual de Microarquitetura. O trabalho foi apoiado por um presente da Microsoft.