En informatique quantique, comme en team building, un peu de diversité peut aider à mieux faire le travail, les informaticiens ont découvert.

Contrairement aux ordinateurs conventionnels, le traitement dans les machines quantiques est bruyant, qui produit des taux d'erreur considérablement plus élevés que ceux des ordinateurs à base de silicium. Ainsi, les opérations quantiques sont répétées des milliers de fois pour que la bonne réponse se démarque statistiquement de toutes les mauvaises.

Mais exécuter la même opération encore et encore sur le même ensemble de qubits peut simplement générer les mêmes réponses incorrectes qui peuvent sembler statistiquement être la bonne réponse. La solution, selon des chercheurs du Georgia Institute of Technology, consiste à répéter l'opération sur différents ensembles de qubits qui ont des signatures d'erreur différentes et ne produiront donc pas les mêmes erreurs corrélées.

"L'idée ici est de générer une diversité d'erreurs afin que vous ne voyiez pas la même erreur encore et encore, " dit Moinuddin Qureshi, professeur à la Georgia Tech School of Electrical and Computer Engineering, qui a travaillé la technique avec son Ph.D. étudiant, Swami Tannu. "Différents qubits ont tendance à avoir des signatures d'erreur différentes. Lorsque vous combinez les résultats de divers ensembles, la bonne réponse apparaît même si chacun d'eux individuellement n'a pas obtenu la bonne réponse, " dit Tannou.

Tannu compare la technique, connu sous le nom d'Ensemble de Cartographies Diverses (EDM), au jeu télévisé Qui veut gagner des millions. Les candidats qui ne sont pas sûrs de la réponse à une question à choix multiples peuvent demander de l'aide au public du studio.

"Il n'est pas nécessaire que la majorité des spectateurs connaisse la bonne réponse, " Qureshi a dit. " Si même 20% le savent, vous pouvez l'identifier. Si les réponses vont également dans les quatre seaux des personnes qui ne savent pas, la bonne réponse obtiendra 40 % et vous pouvez la sélectionner même si seul un nombre relativement restreint de personnes la comprend correctement. »

Des expériences avec un ordinateur Noisy Intermediate Scale Quantum (NISQ) existant ont montré que l'EDM améliore la qualité d'inférence de 2,3 fois par rapport aux algorithmes de cartographie de pointe. En combinant les distributions de probabilité de sortie de l'ensemble diversifié, L'EDM amplifie la bonne réponse en supprimant les mauvaises.

La technique EDM, Tannu admet, est contre-intuitif. Les qubits peuvent être classés en fonction de leur taux d'erreur sur des types de problèmes spécifiques, et le plan d'action le plus logique pourrait être d'utiliser l'ensemble le plus précis. Mais même les meilleurs qubits produisent des erreurs, et ces erreurs sont susceptibles d'être les mêmes lorsque l'opération est effectuée des milliers de fois.

Le choix de qubits avec des taux d'erreur différents - et donc des types d'erreurs différents - permet de se prémunir contre cela en garantissant que la seule réponse correcte dépassera la diversité des erreurs.

"Le but de la recherche est de créer plusieurs versions différentes du programme, dont chacun peut se tromper, mais ils ne feront pas les mêmes erreurs, " expliqua Tannu. " Tant qu'ils commettent des erreurs diverses, quand tu fais la moyenne, les erreurs sont annulées et la bonne réponse émerge."

Qureshi compare la technique EDM aux techniques de team-building promues par les consultants en ressources humaines.

« Si vous formez une équipe d'experts aux parcours identiques, tous peuvent avoir le même angle mort, " il a dit, ajoutant une dimension humaine. "Si vous voulez rendre une équipe résistante aux angles morts, rassemblez un groupe de personnes qui ont des angles morts différents. Dans son ensemble, l'équipe sera protégée contre des angles morts spécifiques."

Les taux d'erreur dans les ordinateurs conventionnels à base de silicium sont pratiquement négligeables, environ une opération sur mille milliards, mais les ordinateurs quantiques NISQ d'aujourd'hui produisent une erreur en seulement 100 opérations.

"Ce sont vraiment des machines à un stade précoce dans lesquelles les appareils ont beaucoup d'erreurs, " Qureshi a dit. " Cela s'améliorera probablement avec le temps, mais parce que nous sommes dépendants d'une matière qui a une énergie extrêmement faible et manque de stabilité, nous n'obtiendrons jamais la fiabilité à laquelle nous nous attendons avec le silicium. Les états quantiques concernent intrinsèquement une seule particule, mais avec le silicium, vous regroupez de nombreuses molécules et vous faites la moyenne de leur activité.

"Si le matériel est intrinsèquement peu fiable, nous devons écrire des logiciels pour en tirer le meilleur parti, ", a-t-il déclaré. "Nous devons prendre en compte les caractéristiques matérielles pour rendre utiles ces machines uniques."

L'idée d'exécuter une opération quantique des milliers de fois pour obtenir ce qui est susceptible d'être la bonne réponse au début semble contre-productive. Mais l'informatique quantique est tellement plus rapide que l'informatique conventionnelle que personne ne s'opposerait à faire quelques milliers de répétitions.

"L'objectif avec les ordinateurs quantiques n'est pas de prendre un programme courant et de l'exécuter plus rapidement, " Qureshi a dit. " En utilisant le quantum, nous pouvons résoudre des problèmes pratiquement impossibles à résoudre même avec les superordinateurs les plus rapides. Avec plusieurs centaines de qubits, qui dépasse l'état de l'art actuel, nous pourrions résoudre des problèmes qui prendraient mille ans avec le supercalculateur le plus rapide."

Qureshi a ajouté :« Cela ne vous dérange pas de faire le calcul plusieurs milliers de fois pour obtenir une réponse comme celle-là. »

Le schéma d'atténuation des erreurs quantiques devrait être présenté le 14 octobre lors du 52e Symposium international annuel IEEE/ACM sur la microarchitecture. Le travail a été soutenu par un don de Microsoft.