MIT:如何验证量子芯片是否做正确计算 2024-08-06 11:05:46 整理: Wang, 校对:Yoking在向实用量子计算迈进的进程中,来自麻省理工学院,Google和其他组织的研究人员一起设计了一个系统,可以验证量子芯片是否能够准确执行传统计算机无法执行的复杂计算。量子芯片使用量子位执行计算,量子位可以表示对应于经典二进制位的两个状态(0或1)或两个状态的“量子叠加”。独特的叠加状态可以使量子计算机解决经典计算机几乎无法解决的一些问题,从而可能在材料设计、药物发现和机器学习等方面取得突破。完整的量子计算机将需要数百万个量子位,但这目前还不可行。在过去的数年中,研究人员已经开发“含噪声中等规模量子”(NISQ)芯片,其中包含大约50至100个量子位。虽然比特数较少,但这足以证明“量子优势”,这意味着NISQ芯片可以解决某些经典计算机难以处理的算法。但是,验证芯片是否按预期执行操作这一过程却非常的低效。因为芯片的输出可能完全是随机的,因此需要很长时间来模拟步骤,以确定一切是否都按计划进行。 (来源: Mihika Prabhu) 近日,发表在《自然物理学》上的一篇论文中,研究人员描述了一种新颖的协议,可以有效地验证NISQ芯片已经执行了所有正确的量子操作。他们在定制的光量子芯片上运行一个非常困难的量子问题上验证了其协议。“随着工业和学术界的飞速发展,量子计算机的性能已经超过了传统计算机,而验证其是否正确的执行了计算这一任务变得越来越重要,”论文第一作者Jacques Carolan(电子研究实验室(RLE)及电气工程和计算机科学系(EECS)博士后 )说。“如果投资数十亿美元来制造量子芯片,那肯定会做一些有趣的事情。而我们的技术可为广泛验证量子系统提供了一个重要工具。加入Jacques Carolan论文的研究人员来自麻省理工学院的EECS和RLE,以及Google Quantum AI实验室、Elenion Technologies、Lightmatter和Zapata Computing。分而治之研究人员的工作实质上是将量子线路生成的输出量子状态回溯到已知的输入状态。这样做可以揭示,输入执行了哪些线路操作而产生输出。这些操作应始终与研究人员编写的程序匹配。如果没有,研究人员可以利用这些信息来找出芯片上哪里出了问题。Carolan说,协议的核心是Variational Quantum Unsampling,它是一种“分而治之”的方法,它将输出量子状态分解为多个块,而不是一次完成整个过程。而是花费很长时间,我们一步一步地做到了这一点。这使我们能够分解问题,以更有效的方式解决它。” Carolan说。通过一层一层地进行解码需要很长的时间,但是这使我们能够把问题分解成更有效的方式来处理。”Carolan说。为此,研究人员从神经网络(通过多层计算解决问题)中汲取了灵感,构建了一个新型的“量子神经网络”(QNN),其中每一层代表一组量子运算。 (来源: 云韬量子)为了运行QNN,他们使用传统的硅制造技术来构建2 x 5毫米NISQ芯片,该芯片具有170多个控制参数,这些可调电路组件使操纵光子路径变得更加容易。成对的光子从外部组件以特定的波长生成,并注入到芯片中。光子穿过芯片的移相器(它们会改变光子的路径)相互干扰。这将产生一个随机的量子输出状态,表示在计算过程中将发生的情况。输出由一组外部光电探测器传感器测量。该输出将发送到QNN。第一层使用复杂的优化技术来挖掘噪声的输出,以查明所有加在一起的单个光子的特征。然后,“解码”该组中的单个光子,以识别哪些电路操作将其返回到其已知的输入状态。这些操作应与任务的电路特定设计完全匹配。所有后续层都进行相同的计算,从方程式中删除先前解码过的光子,直到所有光子都被解码。例如,假设输入到处理器的量子位的输入状态全为零。NISQ芯片对量子位执行一系列操作,以生成大量的,看似随机变化的数字作为输出。(输出数量将一直处于量子叠加状态,因此会不断变化。)QNN选择该大量数量的块。然后,它逐层确定哪些操作将每个量子位还原回其输入状态零。如果有任何操作与原始计划的操作不同,则说明出现了问题。研究人员可以检查预期输出与输入状态之间的不匹配情况,并使用该信息来调整电路设计。玻色子采样在实验中,研究小组成功运行了一项流行的计算任务,用于证明量子优势,该实验称为“玻色子采样”,其通常在光子芯片上执行。在这个实验中,移相器和其他光学组件将操纵一组输入光子并将其转换为不同量子叠加的输出光子。而任务的最终结果是计算某个输入状态与某个输出状态匹配的概率。从本质上讲,这可以说是概率分布的样本。但是由于光子的不可预测的行为,经典计算机几乎不可能计算这些样本。从理论上讲,NISQ芯片可以相当快地计算它们。但是,由于NISQ操作和任务本身的复杂性,到目前为止,还没有方法可以快速、轻松地进行验证。Carolan说:“正是这些特性赋予了这些芯片量子计算能力,使得它们几乎不可能被验证。” (来源:普林斯顿) 赞 (0) 相关推荐 量子CNN不存在梯度消失问题,物理学家已完成理论证明 量子计算机上的机器学习,也就是量子神经网络(QNN),有许多传统神经网络望尘莫及的潜力,比如量子数据分析. 然而许多QNN架构,没法对大型问题进行训练,因为它们都存在着"贫瘠高原" ... 芯片破壁者(七):绕过经典计算的墙与路 此前的系列文章中,我们都在回顾半导体历史上的技术突围与跨越.现在让我们调转一下目光,望向同样波谲云诡的未来. 从半导体的发现,到晶体管材料的博弈.大规模集成电路走向产业化,可以发现从人类告别继电计算机 ... [首藏作品](5362)新型纠缠光子源快速高效 新型纠缠光子源快速高效基于芯片且效率高百倍科技日报北京12月20日电 (实习记者张佳欣)超高速量子计算机和通信设备可以彻底改变我们生活的方方面面,但前提是需要一种快速.高效的纠缠光子对的来源,这类系统 ... 陈根:“量子霸权”在“霸权”什么? 文/陈根 2019年,谷歌率先宣布实现"量子霸权"(量子优越性),一把把量子计算推入公众视野,激起量子计算领域的千层浪.就在近日,中国团队宣布量子计算机"九章" ... 量子资讯分享:安全验视你做正确了吗。 图:网络 文:量子资 量子 资讯 今日分享:安全验视你做正确了吗. 2019.10.1 前言: 所谓快递实名制,即客户寄快件时需要出示身份证,快递公司业务员不仅要开包检查.核实寄递物品,还要将这些信息 ... 交易中做正确的事比盈利更重要,如何淡化金... 交易中做正确的事比盈利更重要,如何淡化金钱的得失心. 几乎每个投资者都有过看对行情却错失行情的经历,也许过后还会说:我看得多准,如果我做了,肯定会大赚一笔.也有很多人有过模拟操盘取得巨大盈利的经历,但 ... 交易中做正确的事比盈利更重要,如何淡化金钱的得失心 几乎每个投资者都有过看对行情却错失行情的经历,也许过后还会说:我看得多准,如果我做了,肯定会大赚一笔.也有很多人有过模拟操盘取得巨大盈利的经历,但当他们真正拿真金白银实战时,操作结果却往往不尽如人意. ... [首藏作品](6465)半导体量子芯片比特获得高灵敏测量 半导体量子芯片比特获得高灵敏测量最新发现与创新科技日报合肥5月10日电 (记者吴长锋)记者10日从中国科学技术大学获悉,该校郭光灿院士团队郭国平.曹刚等人与本源量子计算有限公司合作,利用微波超导谐振腔 ... (4)管理者要做正确的事 管理者要做正确的事 效率是"以正确的方式做事",而效能则是"做正确的事".对企业而言,不可缺少的是效能,而非效率. 招工时用尽浑身解数,使出各种方法,不如使自身 ... 孩子兴趣班不知如何选择,坚持四个原则,做正确的决定少了烦恼 近期有一位妈妈过来反馈,自己的孩子每到周六学钢琴兴趣课就闷闷不乐,好哭好闹脾气,想躲着老师,上课有情绪不积极,学的基本记不住,持续一个月了,问兴趣班的老师,老师说是在进步阶段.为了学钢琴,家里也买了设 ... 公认24h黄金作息时间表,正确的时间做正确的事!值得收藏 很多人时间管理一塌糊涂,核心原因就在于作息时间混乱.今天一起来看一张健康自律的24小时作息时间表,一起积极实现自律! 06:30 起床 起床之后喝一大杯水,为体内成千上万的化学反应提供必需物质! 06 ... 顶级期货高手的感悟:做正确的事情,等所取行情的到来 一套交易系统,实际上是交易者交易逻辑的表现形式而已.交易逻辑是根本,而交易系统是外在表现. 设计"好"的交易系统,就是形成正确的交易逻辑. 一个交易者,根本无法使用超出了他交易认知 ... 独家专访丨低成本高精度实现高通量并行测序,这家初创依托自研芯片想做“不止于四代” 近年来,由于测序技术的发展,越来越多与疾病相关的基因得到确认,作为精准医疗的核心技术,测序已经应用于产前筛查.遗传病诊断.肿瘤诊断与治疗等方面,尤其在攻克肿瘤这一难题前,基因测序给肿瘤的预防和治疗提供 ...