Bij kwantumcomputers, zoals bij teambuilding, een beetje diversiteit kan helpen om het werk beter te doen, informatici hebben ontdekt.

In tegenstelling tot conventionele computers, de verwerking in op kwantum gebaseerde machines is luidruchtig, die foutenpercentages produceert die dramatisch hoger zijn dan die van op silicium gebaseerde computers. Dus kwantumbewerkingen worden duizenden keren herhaald om het juiste antwoord statistisch te onderscheiden van alle verkeerde.

Maar het steeds opnieuw uitvoeren van dezelfde bewerking op dezelfde qubit-set kan dezelfde onjuiste antwoorden genereren die statistisch gezien het juiste antwoord kunnen zijn. De oplossing, volgens onderzoekers van het Georgia Institute of Technology, is om de bewerking te herhalen op verschillende qubit-sets die verschillende foutsignaturen hebben - en daarom niet dezelfde gecorreleerde fouten produceren.

"Het idee hier is om een ​​verscheidenheid aan fouten te genereren, zodat je niet steeds dezelfde fout ziet, " zei Moinuddin Qureshi, een professor aan de Georgia Tech's School of Electrical and Computer Engineering, die de techniek uitwerkte met zijn senior Ph.D. student, Swamit Tannu. "Verschillende qubits hebben meestal verschillende foutsignaturen. Wanneer je de resultaten van verschillende sets combineert, het juiste antwoord verschijnt, hoewel elk van hen afzonderlijk niet het juiste antwoord heeft gekregen, ' zei Tannu.

Tannu vergelijkt de techniek, bekend als Ensemble of Diverse Mappings (EDM), naar de spelshow Who Wants to be a Millionaire. Deelnemers die niet zeker zijn van het antwoord op een meerkeuzevraag, kunnen het studiopubliek om hulp vragen.

"Het is niet nodig dat de meerderheid van de mensen in het publiek het juiste antwoord weet, " zei Qureshi. "Als zelfs 20% het weet, je kunt het identificeren. Als de antwoorden gelijk zijn in de vier emmers van de mensen die het niet weten, het juiste antwoord krijgt 40% en je kunt het selecteren, zelfs als slechts een relatief klein aantal mensen het goed heeft."

Experimenten met een bestaande Noisy Intermediate Scale Quantum (NISQ)-computer toonden aan dat EDM de inferentiekwaliteit 2,3 keer verbetert in vergelijking met de modernste mapping-algoritmen. Door de uitvoerkansverdelingen van het diverse ensemble te combineren, EDM versterkt het juiste antwoord door de verkeerde te onderdrukken.

De EDM-techniek, Tannu geeft toe, contra-intuïtief is. Qubits kunnen worden gerangschikt op basis van hun foutenpercentage voor specifieke soorten problemen, en de meest logische manier van handelen zou kunnen zijn om de set te gebruiken die het meest nauwkeurig is. Maar zelfs de beste qubits produceren fouten, en die fouten zijn waarschijnlijk hetzelfde als de bewerking duizenden keren wordt uitgevoerd.

Het kiezen van qubits met verschillende foutenpercentages - en dus verschillende soorten fouten - beschermt daartegen door ervoor te zorgen dat het ene juiste antwoord boven de diversiteit aan fouten uitstijgt.

"Het doel van het onderzoek is om verschillende versies van het programma te maken, die elk een fout kunnen maken, maar ze zullen geen identieke fouten maken, Tannu legde uit. "Zolang ze verschillende fouten maken, als je dingen uitrekent, de fouten worden tenietgedaan en het juiste antwoord komt naar voren."

Qureshi vergelijkt de EDM-techniek met teambuildingtechnieken die worden gepromoot door HR-adviseurs.

"Als je een team van experts vormt met identieke achtergronden, ze kunnen allemaal dezelfde blinde vlek hebben, " hij zei, een menselijke maat toevoegen. "Als je een team weerbaar wilt maken tegen blinde vlekken, verzamel een groep mensen met verschillende blinde vlekken. Als geheel, het team zal worden beschermd tegen specifieke blinde vlekken."

Foutpercentages in conventionele op silicium gebaseerde computers zijn praktisch verwaarloosbaar, ongeveer één op duizend biljoen operaties, maar de huidige NISQ-kwantumcomputers produceren een fout in slechts 100 bewerkingen.

"Dit zijn echt early-stage machines waarin de apparaten veel fouten hebben, " zei Qureshi. "Dat zal in de loop van de tijd waarschijnlijk verbeteren, maar omdat we afhankelijk zijn van materie met een extreem lage energie en een gebrek aan stabiliteit, we zullen nooit de betrouwbaarheid krijgen die we van silicium gewend zijn. Kwantumtoestanden gaan inherent over een enkel deeltje, maar met silicium pakt u veel moleculen samen en neemt u het gemiddelde van hun activiteit.

"Als de hardware inherent onbetrouwbaar is, we moeten software schrijven om er het beste van te maken, " zei hij. "We moeten rekening houden met de hardwarekenmerken om deze unieke machines bruikbaar te maken."

Het idee om duizenden keren een kwantumoperatie uit te voeren om te krijgen wat waarschijnlijk het juiste antwoord is, lijkt in eerste instantie contraproductief. Maar kwantumcomputing is zo veel sneller dan conventionele computing dat niemand bezwaar zou hebben tegen het doen van een paar duizend dubbele runs.

"Het doel met kwantumcomputers is niet om een ​​huidig ​​programma te nemen en het sneller uit te voeren, " zei Qureshi. "Met behulp van kwantum, we kunnen problemen oplossen die vrijwel onmogelijk zijn op te lossen met zelfs de snelste supercomputers. Met enkele honderden qubits, die verder gaat dan de huidige stand van de techniek, we zouden problemen kunnen oplossen die duizend jaar zouden duren met de snelste supercomputer."

Qureshi toegevoegd:"Je vindt het niet erg om de berekening een paar duizend keer uit te voeren om zo'n antwoord te krijgen."

Het schema voor het beperken van kwantumfouten wordt op 14 oktober gepresenteerd op het 52e jaarlijkse IEEE/ACM International Symposium on Microarchitecture. Het werk werd ondersteund door een gift van Microsoft.