Pesquisadores da Universidade de Waterloo desenvolveram um método que pode abrir caminho para o estabelecimento de padrões universais para medir o desempenho de computadores quânticos.

O novo método, chamado benchmarking de ciclo, permite aos pesquisadores avaliar o potencial de escalabilidade e comparar uma plataforma quântica com outra.

"Essa descoberta pode ajudar muito a estabelecer padrões de desempenho e fortalecer o esforço para construir uma empresa em grande escala, computador quântico prático, "disse Joel Wallman, professor assistente na Faculdade de Matemática de Waterloo e no Instituto de Computação Quântica. "Um método consistente para caracterizar e corrigir os erros em sistemas quânticos fornece padronização para a forma como um processador quântico é avaliado, permitindo que o progresso em diferentes arquiteturas seja comparado de forma justa. "

O benchmarking de ciclo fornece uma solução que ajuda os usuários de computação quântica a determinar o valor comparativo de plataformas de hardware concorrentes e aumentar a capacidade de cada plataforma de fornecer soluções robustas para seus aplicativos de interesse.

O avanço vem no momento em que a corrida da computação quântica está esquentando rapidamente, e o número de plataformas e ofertas de computação quântica em nuvem está se expandindo rapidamente. Só no último mês, houve anúncios significativos da Microsoft, IBM e Google.

Este método determina a probabilidade total de erro em qualquer aplicativo de computação quântica quando o aplicativo é implementado por meio de compilação aleatória. Isso significa que o benchmarking de ciclo fornece o primeiro meio de plataforma cruzada de medir e comparar os recursos dos processadores quânticos que são personalizados para os aplicativos de interesse dos usuários.

"Graças à recente conquista da supremacia quântica do Google, estamos agora no início do que chamo de 'era da descoberta quântica', disse Joseph Emerson, um membro do corpo docente do IQC. "Isso significa que os computadores quânticos propensos a erros fornecerão soluções para problemas computacionais interessantes, mas a qualidade de suas soluções não pode mais ser verificada por computadores de alto desempenho.

"Estamos entusiasmados porque o benchmarking de ciclo fornece uma solução muito necessária para melhorar e validar as soluções de computação quântica nesta nova era de descoberta quântica."

Emerson e Wallman fundaram o spin-off da IQC Quantum Benchmark Inc., que já licenciou esta tecnologia para vários provedores de computação quântica líderes mundiais, incluindo o esforço Quantum AI do Google.

Os computadores quânticos oferecem uma forma fundamentalmente mais poderosa de computação, graças à mecânica quântica. Comparado a um computador tradicional ou digital, os computadores quânticos podem resolver certos tipos de problemas com mais eficiência. Contudo, qubits - a unidade básica de processamento em um computador quântico - são frágeis; qualquer imperfeição ou fonte de ruído no sistema pode causar erros que levam a soluções incorretas em uma computação quântica.

Ganhar o controle de um computador quântico de pequena escala com apenas um ou dois qubits é a primeira etapa de um processo maior, esforço mais ambicioso. Um computador quântico maior pode ser capaz de realizar tarefas cada vez mais complexas, como aprendizado de máquina ou simulação de sistemas complexos para descobrir novos medicamentos. Projetar um computador quântico maior é um desafio; o espectro das vias de erro torna-se mais complicado à medida que os qubits são adicionados e o sistema quântico é escalonado.

A caracterização de um sistema quântico produz um perfil de ruído e erros, indicando se o processador está realizando as tarefas ou cálculos, está sendo solicitado a fazer. Para entender o desempenho de qualquer computador quântico existente para um problema complexo ou para aumentar a escala de um computador quântico reduzindo erros, é necessário primeiro caracterizar todos os erros significativos que afetam o sistema.

Wallman, Emerson e um grupo de pesquisadores da Universidade de Innsbruck identificaram um método para avaliar todas as taxas de erro que afetam um computador quântico. Eles implementaram essa nova técnica para o computador quântico íon trap na Universidade de Innsbruck e descobriram que as taxas de erro não aumentam à medida que o tamanho desse computador quântico aumenta um resultado muito promissor.

"O benchmarking do ciclo é o primeiro método para verificar de forma confiável se você está no caminho certo para dimensionar o design geral do seu computador quântico, "disse Wallman." Esses resultados são significativos porque fornecem uma maneira abrangente de caracterizar erros em todas as plataformas de computação quântica. "

O artigo "Caracterizando computadores quânticos de grande escala via benchmarking de ciclo" aparece em Nature Communications .