En la computación cuántica, como en la formación de equipos, un poco de diversidad puede ayudar a hacer mejor el trabajo, según han descubierto los científicos informáticos.
A diferencia de las computadoras convencionales, el procesamiento en las máquinas cuánticas es ruidoso, lo que produce tasas de error dramáticamente más altas que las de las computadoras basadas en silicio. Por lo tanto, las operaciones cuánticas se repiten miles de veces para que la respuesta correcta se destaque estadísticamente de todas las incorrectas.unos.
Pero ejecutar la misma operación una y otra vez en el mismo conjunto de qubits puede generar las mismas respuestas incorrectas que pueden parecer estadísticamente la respuesta correcta. La solución, según los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia, es repetir laoperación en diferentes conjuntos de qubit que tienen diferentes firmas de error y, por lo tanto, no producirán los mismos errores correlacionados.
"La idea aquí es generar una diversidad de errores para que no se vea el mismo error una y otra vez", dijo Moinuddin Qureshi, profesor de la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática de Georgia Tech, quien desarrolló la técnica con su estudiante de último año.Estudiante de doctorado, Swamit Tannu. "Los diferentes qubits tienden a tener diferentes firmas de error. Cuando se combinan los resultados de diversos conjuntos, aparece la respuesta correcta aunque cada uno de ellos individualmente no obtuvo la respuesta correcta", dijo Tannu.
Tannu compara la técnica, conocida como Ensemble of Diverse Mappings EDM, con el programa de juegos Who Wants to be a Millionaire. Los concursantes que no estén seguros de la respuesta a una pregunta de opción múltiple pueden pedir ayuda al público del estudio.
"No es necesario que la mayoría de la gente en la audiencia sepa la respuesta correcta", dijo Qureshi. "Si incluso el 20% lo sabe, puede identificarlo. Si las respuestas van por igual en los cuatro cubos de las personas queno lo sé, la respuesta correcta obtendrá un 40% y puede seleccionarla incluso si solo un número relativamente pequeño de personas lo hace bien ".
Los experimentos con una computadora Noisy Intermediate Scale Quantum NISQ existente mostraron que EDM mejora la calidad de inferencia en 2,3 veces en comparación con los algoritmos de mapeo de última generación. Al combinar las distribuciones de probabilidad de salida del conjunto diverso, EDM amplifica larespuesta correcta suprimiendo las incorrectas.
La técnica EDM, admite Tannu, es contraria a la intuición. Los qubits se pueden clasificar de acuerdo con su tasa de error en tipos específicos de problemas, y el curso de acción más lógico podría ser usar el conjunto que sea más preciso. Pero incluso los mejores qubits producenerrores, y es probable que esos errores sean los mismos cuando la operación se realiza miles de veces.
Elegir qubits con diferentes tasas de error, y por lo tanto diferentes tipos de error, protege contra eso al garantizar que la única respuesta correcta supere la diversidad de errores
"El objetivo de la investigación es crear varias versiones diferentes del programa, cada una de las cuales puede cometer un error, pero no cometerán errores idénticos", explicó Tannu. "Siempre que cometan diversos errores, cuando se promediacosas, los errores se cancelan y surge la respuesta correcta ".
Qureshi compara la técnica EDM con las técnicas de formación de equipos promovidas por consultores de recursos humanos.
"Si forma un equipo de expertos con antecedentes idénticos, todos ellos pueden tener el mismo punto ciego", dijo, agregando una dimensión humana. "Si desea que un equipo sea resistente a los puntos ciegos, reúna un grupo depersonas que tienen diferentes puntos ciegos. En conjunto, el equipo estará protegido contra puntos ciegos específicos ".
Las tasas de error en las computadoras convencionales basadas en silicio son prácticamente insignificantes, alrededor de una en mil billones de operaciones, pero las computadoras cuánticas NISQ de hoy producen un error en tan solo 100 operaciones.
"Estas son máquinas realmente en etapa temprana en las que los dispositivos tienen muchos errores", dijo Qureshi. "Eso probablemente mejorará con el tiempo, pero debido a que dependemos de la materia que tiene una energía extremadamente baja y carece de estabilidad,Nunca obtenga la confiabilidad que hemos llegado a esperar con el silicio. Los estados cuánticos son inherentemente sobre una sola partícula, pero con el silicio se empacan muchas moléculas juntas y se promedia su actividad.
"Si el hardware es inherentemente poco confiable, tenemos que escribir software para aprovecharlo al máximo", dijo. "Tenemos que tener en cuenta las características del hardware para que estas máquinas únicas sean útiles".
La noción de ejecutar una operación cuántica miles de veces para obtener lo que probablemente sea la respuesta correcta al principio parece contraproducente. Pero la computación cuántica es mucho más rápida que la computación convencional que nadie se opondría a realizar unos pocos miles de ejecuciones duplicadas.
"El objetivo de las computadoras cuánticas no es tomar un programa actual y ejecutarlo más rápido", dijo Qureshi. "Utilizando la tecnología cuántica, podemos resolver problemas que son virtualmente imposibles de resolver incluso con las supercomputadoras más rápidas. Con varios cientos de qubits, queestá más allá del estado actual de la técnica, podríamos resolver problemas que tomarían mil años con la supercomputadora más rápida ".
Qureshi agregó: "No te importa hacer el cálculo varios miles de veces para obtener una respuesta como esa".
El esquema de mitigación de errores cuánticos está programado para presentarse el 14 de octubre en el 52º Simposio Internacional Anual de Microarquitectura IEEE / ACM. El trabajo fue apoyado por un obsequio de Microsoft.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :