IBM heeft drie nieuwe resultaten opgenomen in zijn overzicht van quantumvoordeel. De berekeningen zouden voor klassieke computers te ingewikkeld zijn om volledig uit te voeren, terwijl de onderzoekers manieren hebben gebruikt om fouten op huidige quantumchips te herkennen of de uitkomsten onafhankelijk te toetsen.
Quantumcomputers zijn nog gevoelig voor fouten. Dat maakt een berekening die een klassieke computer niet kan narekenen lastig te beoordelen. Ook kunnen verbeterde klassieke algoritmen eerdere claims over quantumvoordeel alsnog verkleinen.
Jay Gambetta van IBM noemt controleerbaarheid daarom essentieel. „Trusted computing when you can’t do classical simulations is a big deal”, zegt hij. De drie demonstraties leveren nog geen directe toepassing op, maar moeten aantonen dat betrouwbare berekeningen op bestaande quantumhardware mogelijk zijn.
Magneten als test
Een samenwerking van IBM, het Japanse onderzoeksinstituut RIKEN en softwarebedrijf Qedma modelleerde een zogeheten Floquet-proces. Daarbij werd een Ising-model gebruikt: een tweedimensionaal rooster van magneten waarvan de onderlinge oriëntatie in de tijd verandert.
Twee klassieke algoritmen op supercomputer Fugaku gaven uiteenlopende uitkomsten. Een IBM-quantumprocessor, met software van Qedma om fouten te beperken, liet juist een geleidelijke afname van magnetisme met periodieke schommelingen zien. Een processor van Quantinuum bevestigde dat patroon, waardoor een vaste fout in de IBM-chip minder waarschijnlijk werd.
De onderzoekers zagen ook een beperking in minstens één quantumalgoritme. Om sneller te rekenen worden daarin termen weggelaten die nodig zijn om de schommelingen goed weer te geven.
Fouten opsporen tijdens berekeningen
In een tweede onderzoek van IBM en de University of Chicago werden vooral Clifford-poorten gebruikt, die relatief eenvoudig klassiek na te bootsen zijn. Daaraan voegden de onderzoekers enkele T-poorten toe. Die maken de berekening voor klassieke systemen volgens de onderzoekers gemiddeld exponentieel moeilijker, maar voegen op deze hardware geen extra ruis toe.
Extra qubits rond de eigenlijke berekening controleerden tijdens de bewerking op fouten. Werden afwijkingen gemeten, dan werd de betreffende uitkomst niet meegenomen. Die aanpak kan ook correcte resultaten uitsluiten als de controlemeting zelf fout is.
Softwarebedrijf Algorithmiq gebruikte in het derde resultaat een methode waarbij een quantumproces eerst wordt uitgevoerd en daarna omgekeerd. Toegevoegde bewerkingen voorkomen dat het systeem volledig naar de begintoestand terugkeert. De onderzoekers kozen een deel van een IBM-processor met weinig ruis, verbeterden de aansturing van qubits en herhaalden de metingen op een tweede IBM-chip met een ander foutpatroon.
