Российские учёные создали метод непрерывного бенчмаркинга квантового процессора

Учёные из Российского квантового центра и Университета МИСИС разработали алгоритм непрерывного мониторинга характеристик квантового процессора (бенчмаркинг). Результаты исследования , поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Physical Review Applied.

Если кубиты в квантовом процессоре не отделены от своего окружения и взаимодействуют с ним, то возникают шумы, из-за которых параметры квантового компьютера существенно ухудшаются со временем, что ограничивает его возможности.

Чтобы предотвратить это, проводится калибровка квантовых процессоров, но она увеличивает время вычислений или совсем останавливает рабочий процесс. Чем больше будет потребность в квантовых вычислительных устройствах, тем актуальнее станет проблема разработки новых методов калибровки квантовых процессоров, поскольку нагрузка на квантовые процессоры возрастёт.

Разработанный алгоритм позволяет оценить поведения базовых элементов квантового процессора на основе анализа информации, полученной после запуска пользовательских цепочек. Учёные протестировали алгоритм на искусственно сгенерированных данных, полученных из квантового эмулятора, и на экспериментальных данных, полученных путём запуска схем на 5-кубитном сверхпроводящем квантовом процессоре, который доступен через облако.

Преимущество такого подхода заключается в том, что он значительно экономит вычислительное время квантового процессора – мониторинг осуществляется на основе запускаемых квантовых цепочек. Этот метод намного сокращает ресурсы, необходимые для бенчмаркинга и калибровки. Система мониторинга использует уже существующие данные из реализованных алгоритмов и не требует запуска дополнительных процедур.

Эксперты заявляют, что результаты мониторинга хорошо согласуются с результатами запущенной калибровки. Учёные заключили, что разработанная система успешно справляется с поставленными задачами. Другим важным аспектом является независимость разрабатываемых методов для мониторинга и контроля операций от конкретной физической реализации кубитов данного процессора. Это могут быть как сверхпроводниковые технологии, так и ионы в ловушках, ультрахолодные атомы, фотоны и так далее.

Бенчмаркинг должен осуществлять сбор информации о состоянии квантовых процессоров непрерывно, основываясь исключительно на данных о запускаемых алгоритмах (независимо разрабатываемых пользователями) и получаемых результатах (распределениях результатов финальных измерений).

Разработка систем мониторинга и бенчмаркинга квантовых процессоров является одной из ключевых задач Дорожной карты по развитию квантовых вычислений в Российской Федерации, за реализацию которой отвечает ГК «Росатом».