IBM revela uma nova e ousada estratégia de ‘mitigação de erros quânticos’

A IBM anunciou hoje uma nova estratégia para a implementação de várias técnicas de “mitigação de erros” projetadas para trazer a technology dos computadores quânticos tolerantes a falhas.

Na frente: Qualquer um que ainda se apegue à noção de que os circuitos quânticos são muito barulhentos para computação útil está prestes a se desiludir.

Uma década atrás, a ideia de um sistema de computação quântica funcional parecia absurda para a maioria de nós. Hoje, pesquisadores de todo o mundo se conectam aos sistemas quânticos baseados em nuvem da IBM com tanta frequência que, de acordo com o diretor de infraestrutura quântica da IBM, cerca de três bilhões de circuitos quânticos são concluídos todos os dias.

A IBM e outras empresas já estão usando a tecnologia quântica para fazer coisas que não poderiam ser feitas por computadores binários clássicos ou levariam muito pace ou energia. Mas ainda há muito trabalho a ser feito.

O sonho é criar um computador quântico útil e tolerante a falhas capaz de demonstrar vantagem quântica – o ponto em que os processadores quânticos são capazes de fazer coisas que os clássicos simplesmente não conseguem.

Fundo: Aqui na Neural, identificamos a computação quântica como a tecnologia mais importante de 2022 e é improvável que isso mude à medida que continuamos a marcha perene.

O curto e o longo disso é que a computação quântica promete acabar com nossos limites computacionais atuais. Em vez de substituir a CPU ou GPU, ele adicionará a QPU (unidade de processamento quântico) ao nosso cinto de ferramentas.

O que isso significa depende do caso de uso particular person. A maioria de nós não precisa de computadores quânticos porque nossos problemas do dia-a-dia não são tão difíceis.

Mas, para setores como bancos, energia e segurança, a existência de novas tecnologias capazes de resolver problemas mais complexos do que a tecnologia de hoje representa uma mudança de paradigma que talvez não tenhamos visto desde o advento da energia a vapor.

Se você pode imaginar uma máquina mágica capaz de aumentar a eficiência em vários domínios de alto impacto – poderia economizar pace, dinheiro e energia em escalas que poderiam afetar todos os humanos na Terra – então você pode entender por que a IBM e outros estão tão interessados ​​em construindo QPUs que demonstram vantagem quântica.

O problema: Construir peças de {hardware} capazes de manipular a mecânica quântica como um método para realizar uma computação é, como você pode imaginar, muito difícil.

A IBM passou a última década tentando descobrir como resolver os problemas fundamentais que assolam o campo — para incluir os requisitos básicos de infraestrutura, resfriamento e fonte de energia necessários apenas para começar nos laboratórios.

Hoje, o roteiro quântico da IBM mostra o quão longe a indústria chegou:

Mas para chegar aonde está indo, precisamos resolver um dos poucos problemas fundamentais remanescentes relacionados ao desenvolvimento de processadores quânticos úteis: eles são barulhentos.

A solução: Qubits barulhentos são a ruína atual do engenheiro de computação quântica. Essencialmente, quanto mais poder de processamento você tenta extrair de um computador quântico, mais ruidosos seus qubits ficam (os qubits são essencialmente os bits de computador da computação quântica).

Até agora, a maior parte do trabalho de silenciar esse ruído envolveu dimensionar qubits para que o sinal que os cientistas estão tentando ler seja area of expertise o suficiente para passar.

Nas fases experimentais, resolver qubits barulhentos technology em grande parte um jogo de Wack-a-mole. À medida que os cientistas criavam novas técnicas – muitas das quais eram pioneiras nos laboratórios da IBM – eles as encaminhavam para pesquisadores para novas aplicações.

Mas, nos dias de hoje, o campo avançou bastante. A arte da mitigação de erros evoluiu de soluções pontuais direcionadas para um conjunto completo de técnicas.

Por IBM:

O {hardware} quântico atual está sujeito a diferentes fontes de ruído, sendo as mais conhecidas a decoerência de qubit, erros de porta individuais e erros de medição. Esses erros limitam a profundidade do circuito quântico que podemos implementar. No entanto, mesmo para circuitos rasos, o ruído pode levar a estimativas incorretas. Felizmente, a mitigação de erros quânticos fornece uma coleção de ferramentas e métodos que nos permitem avaliar valores esperados precisos de circuitos quânticos ruidosos e de profundidade rasa, mesmo antes da introdução da tolerância a falhas.

Nos últimos anos, desenvolvemos e implementamos dois métodos de mitigação de erros de uso geral, chamados de extrapolação de ruído 0 (ZNE) e cancelamento de erro probabilístico (PEC).

Ambas as técnicas envolvem aplicações extremamente complexas da mecânica quântica, mas basicamente se resumem a encontrar maneiras de eliminar ou suprimir o ruído proveniente de sistemas quânticos e/ou amplificar o sinal que os cientistas estão tentando medir para cálculos quânticos e outros processos.

A tomada neural: Conversamos com o diretor de infraestrutura quântica da IBM, Jerry Chow, que parecia bastante animado com o novo paradigma.

Ele explicou que as técnicas divulgadas no novo comunicado de imprensa já estavam em produção. A IBM já demonstrou grandes melhorias em sua capacidade de dimensionar soluções, repetir resultados de ponta e acelerar processos clássicos usando {hardware} quântico.

A conclusão é que os computadores quânticos estão aqui e funcionam. Atualmente, é um pouco imprevisível se eles podem resolver um problema específico melhor do que os sistemas clássicos, mas o último obstáculo difícil restante é a tolerância a falhas.

A nova estratégia de “mitigação de erros” da IBM sinaliza uma mudança da fase de descoberta de soluções de tolerância a falhas para a implementação.

Tiramos o chapéu para a equipe de pesquisa quântica da IBM. Saber mais aqui no weblog oficial da IBM.