Les utilisateurs d'ordinateurs hautes performances à la recherche d'une machine à recuit quantique ou à la recherche de moyens d'en tirer le meilleur parti bénéficieront d'une nouvelle, outil logiciel open source pour évaluer ces plates-formes émergentes au niveau des qubits individuels.

"Nous étions motivés par le besoin de validation et de vérification des recuits quantiques, similaire à ce qui se fait actuellement par les organisations lorsqu'elles achètent un nouveau supercalculateur classique, " dit Carleton Coffrin, informaticien et expert en intelligence artificielle à Los Alamos. "Ils effectuent des tests d'acceptation sur un vaste ensemble de références. Nous n'avions pas de bons analogues pour cela sur les ordinateurs à recuit quantique. Pour le recuit quantique, notre nouvelle évaluation d'un seul qubit par recuit quantique, ou QASA, Le protocole nous donne un outil pour les tests d'acceptation."

Coffrin est chercheur principal du projet "Accelerating Combinatorial Optimization with Noisy Analog Hardware, " qui a développé le papier, "Évaluation de la fidélité à un seul qubit du matériel de recuit quantique."

QASA est disponible en tant que logiciel open source sur github.com/lanl-ansi/QASA . QASA, qui est exécuté en parallèle pour tous les qubits sur un dispositif de recuit quantique, fournit une caractérisation détaillée grâce à des métriques saillantes sur les qubits individuels, telles que leur température effective, bruit, et biais. Dans la percée clé de ce travail, le modèle à qubit unique peut être exécuté en parallèle pour chaque qubit dans un dispositif matériel de recuit quantique.

« Le protocole QASA pourrait à terme trouver un large éventail d'utilisations, tels que le suivi des performances améliorées des ordinateurs à recuit quantique et l'aide aux développeurs de matériel pour détecter les incohérences dans leurs propres appareils, " dit Coffrin. Avec le protocole, les utilisateurs de recuits quantiques pourraient également calibrer leurs algorithmes sur leurs ordinateurs spécifiques.

"Caractériser le bruit dans le système est probablement la chose la plus impactante car c'est l'aspect le moins bien reconnu du matériel, " a noté Coffrin. " Nous pouvons le mesurer, et comprendre comment il est distribué dans l'ensemble du matériel."

Le protocole met en lumière la variabilité des propriétés des qubits sur l'ensemble de l'ordinateur. Avec cette analyse détaillée des propriétés de chaque qubit, Les utilisateurs de recuit quantique peuvent utiliser QASA pour vérifier rapidement le niveau de cohérence entre les qubits du matériel et éviter ou compenser les qubits non idéaux. Les utilisateurs utilisent également ces informations pour calibrer des simulations quantiques idéalisées exécutées sur des périphériques matériels spécifiques.

L'analyse fournit également plusieurs mesures clés, comme le bruit qubit, qui prennent en charge le suivi des améliorations techniques sur le matériel de recuit quantique au fur et à mesure de son développement.

Alors que les ordinateurs quantiques basés sur des portes et les ordinateurs à recuit quantique passent des projets scientifiques aux tâches du monde réel, mesurer et suivre les changements dans la fidélité des plates-formes matérielles quantiques est essentiel pour comprendre les limites de ces dispositifs et quantifier les progrès à mesure que ces plates-formes continuent de s'améliorer, le papier indique.

Dans un processus de découverte basé sur les données, Coffrin a dit, l'équipe de Los Alamos a utilisé l'apprentissage automatique et les données d'un ordinateur D-Wave 2000Q du laboratoire pour développer le protocole QASA, qui peut fonctionner sur n'importe quel recuit quantique.

"Nous avons fait un tas d'expériences sur notre D-Wave, mettre différentes valeurs pour un paramètre, et regardé ce qui s'est passé, " Il a dit. Les résultats ont donné une courbe surprenante lorsqu'ils sont représentés graphiquement. " Nous avons dû développer un nouveau modèle théorique pour correspondre à ce qui se passe. " Ensuite, l'équipe a conçu une méthode d'apprentissage automatique qui adapte le modèle théorique aux données. Recuit quantique les ordinateurs fonctionnent sur un principe différent de celui des ordinateurs quantiques à portes, qui utilisent des portes analogues aux portes logiques d'un ordinateur binaire classique.

Les recuits quantiques tirent parti d'une évolution quantique fluide pour exploiter les principes quantiques fondamentaux afin de trouver des solutions de haute qualité. Ce processus est plus spécialisé que l'ordinateur basé sur la porte mais reste suffisant pour résoudre des problèmes de calcul difficiles dans des domaines tels que les matériaux magnétiques, apprentissage automatique et optimisation, qui reposent tous sur l'optimisation, ou trouver la meilleure réponse parmi toutes les réponses plausibles. Par exemple, trouver l'itinéraire le plus court pour un camion de livraison déposant des colis à plusieurs endroits est un problème d'optimisation classique.