Georgia Tech Senior Ph.D. Studenten Swamit Tannu och professor Moinuddin Qureshi har utvecklat en ny teknik för att minska fel i kvantberäkning. Tekniken, känd som Ensemble of Diverse Mappings, beror på att använda olika qubits för att skapa mångfald i fel. Upphovsman:Georgia Tech
I kvantberäkning, som i teambuilding, lite mångfald kan hjälpa till att få jobbet gjort bättre, datavetare har upptäckt.
Till skillnad från konventionella datorer, behandlingen i kvantbaserade maskiner är bullrig, som ger felfrekvenser dramatiskt högre än kiselbaserade datorer. Så kvantoperationer upprepas tusentals gånger för att få det korrekta svaret att skilja sig statistiskt från alla felaktiga.
Men att köra samma operation om och om igen på samma qubit -uppsättning kan bara generera samma felaktiga svar som statistiskt kan framstå som rätt svar. Lösningen, enligt forskare vid Georgia Institute of Technology, är att upprepa operationen på olika qubit -uppsättningar som har olika felsignaturer - och därför inte ger samma korrelerade fel.
"Tanken här är att generera en mångfald av fel så att du inte ser samma fel om och om igen, "sade Moinuddin Qureshi, professor i Georgia Tech's School of Electrical and Computer Engineering, som arbetade fram tekniken med sin senior Ph.D. studerande, Swamit Tannu. "Olika qubits tenderar att ha olika felsignaturer. När du kombinerar resultaten från olika uppsättningar, det rätta svaret visas trots att var och en av dem individuellt inte fick rätt svar, "sa Tannu.
Tannu jämför tekniken, känd som Ensemble of Diverse Mappings (EDM), till spelshowen Who Wants to be a Millionaire. Deltagare som inte är säkra på svaret på en flervalsfråga kan be studiopubliken om hjälp.
"Det är inte nödvändigt att majoriteten av publiken vet rätt svar, "Sa Qureshi." Om ens 20% vet det, du kan identifiera det. Om svaren går lika mycket i de fyra hinkarna från de människor som inte vet, det rätta svaret får 40% och du kan välja det även om bara ett relativt litet antal människor får det rätt. "
Experiment med en befintlig Noisy Intermediate Scale Quantum (NISQ) dator visade att EDM förbättrar slutkvaliteten med 2,3 gånger jämfört med toppmoderna kartläggningsalgoritmer. Genom att kombinera utgångssannolikhetsfördelningarna för den olika ensemblen, EDM förstärker det korrekta svaret genom att undertrycka de felaktiga.
EDM -tekniken, Tannu erkänner, är kontraintuitivt. Qubits kan rankas efter deras felprocent på specifika typer av problem, och det mest logiska handlingssättet kan vara att använda den uppsättning som är mest exakt. Men även de bästa qubiterna ger fel, och dessa fel kommer sannolikt att vara desamma när operationen utförs tusentals gånger.
Att välja qubits med olika felprocent - och därför olika typer av fel - skyddar mot det genom att se till att det enda rätta svaret kommer att stiga över mångfalden av fel.
I kvantberäkning, som i teambuilding, lite mångfald kan hjälpa till att få jobbet gjort bättre, datavetare har upptäckt. En ny teknik, känd som Ensemble of Diverse Mappings, beror på att använda olika qubits för att skapa mångfald i fel för att mildra felen. Upphovsman:Georgia Tech
"Målet med forskningen är att skapa flera olika versioner av programmet, var och en kan göra ett misstag, men de kommer inte att göra identiska misstag, "Förklarade Tannu." Så länge de gör olika misstag, när du gör ett genomsnitt av saker, misstagen avbryts och det rätta svaret dyker upp. "
Qureshi jämför EDM-tekniken med teambyggnadstekniker som främjas av personalresurser.
"Om du bildar ett team av experter med identisk bakgrund, alla kan ha samma blinda fläck, " han sa, lägga till en mänsklig dimension. "Om du vill göra ett team motståndskraftigt mot blinda fläckar, samla en grupp människor som har olika blinda fläckar. Som helhet, laget kommer att skyddas mot specifika blinda fläckar. "
Felfrekvenser i konventionella kiselbaserade datorer är praktiskt taget försumbara, ungefär en av tusen biljoner operationer, men dagens NISQ -kvantdatorer ger ett fel i bara 100 operationer.
"Det här är verkligen maskiner i ett tidigt skede där enheterna har mycket fel, "Sa Qureshi." Det kommer sannolikt att förbättras med tiden, men eftersom vi är beroende av materia som har extremt låg energi och saknar stabilitet, vi kommer aldrig att få den tillförlitlighet som vi har förväntat oss med kisel. Kvanttillstånd handlar i sig om en enda partikel, men med kisel packar du ihop många molekyler och ger ett genomsnitt av deras aktivitet.
"Om hårdvaran i sig är opålitlig, vi måste skriva programvara för att få ut det mesta av det, "sa han." Vi måste ta hänsyn till maskinvaruegenskaperna för att göra dessa unika maskiner användbara. "
Tanken att köra en kvantoperation tusentals gånger för att få det som sannolikt kommer att vara det rätta svaret först verkar kontraproduktivt. Men kvantberäkning är så mycket snabbare än konventionell beräkning att ingen skulle invända mot att göra några tusen dubblettkörningar.
"Målet med kvantdatorer är inte att ta ett aktuellt program och köra det snabbare, "Sa Qureshi." Med hjälp av kvant, vi kan lösa problem som är praktiskt taget omöjliga att lösa med även de snabbaste superdatorer. Med flera hundra qubits, som ligger bortom den nuvarande teknikens ståndpunkt, vi kunde lösa problem som skulle ta tusen år med den snabbaste superdatorn. "
Tillade Qureshi:"Du har inget emot att göra beräkningen några tusen gånger för att få ett sådant svar."
Programmet för kvantfelbegränsning är planerat att presenteras den 14 oktober vid det 52:e årliga IEEE/ACM International Symposium on Microarchitecture. Arbetet stöddes av en gåva från Microsoft.
