Op het gebied van quantum computing staan ​​experimenten met complexe quantumcircuits voor de uitdaging om de nauwkeurigheid ervan te garanderen. Kwantumsimulators komen te hulp door een manier te bieden om deze circuits te emuleren, waardoor onderzoekers de juistheid van hun experimenten kunnen verifiëren. Maar hoe kan men de kwantumsimulator zelf vertrouwen? Wetenschappers uit China en Oostenrijk hebben een techniek ontwikkeld om de betrouwbaarheid van kwantumsimulaties te beoordelen door hun resultaten te vergelijken met die van andere simulatoren. Deze methode speelt een cruciale rol bij het opbouwen van vertrouwen in de nauwkeurigheid van kwantumcomputerexperimenten.

Quantum computing heeft een enorm potentieel dankzij het vermogen om bepaalde problemen veel sneller op te lossen dan klassieke computers. Kwantumsystemen zijn echter notoir kwetsbaar en gevoelig voor omgevingsgeluid en andere factoren die fouten in berekeningen kunnen veroorzaken. Het verifiëren van de juistheid van kwantumexperimenten wordt cruciaal, vooral naarmate de complexiteit van kwantumcircuits toeneemt.

Kwantumsimulatoren, die in wezen gecontroleerde kwantumsystemen zijn, bieden een manier om het gedrag van kwantumcircuits te simuleren en resultaten te verkrijgen die overeenkomen met de daadwerkelijke kwantumexperimenten. Zelfs deze simulatoren kunnen echter worden beïnvloed door onvolkomenheden en fouten.

De nieuw ontwikkelde techniek, genaamd ‘cross-validatie van multi-qubit kwantumsimulaties’, pakt dit probleem aan. Het gaat om het uitvoeren van hetzelfde kwantumexperiment op meerdere verschillende kwantumsimulators en het vergelijken van de uitkomsten. Door deze vergelijking kunnen onderzoekers inconsistenties identificeren en vertrouwen krijgen in de nauwkeurigheid van de kwantumsimulatieresultaten.

"Ons werk biedt een krachtig hulpmiddel voor de verificatie van kwantumexperimenten", legt Zhi-Cheng Yang, co-auteur van de studie, uit. "Door meerdere kwantumsimulators te gebruiken en hun resultaten te vergelijken, kunnen we een hoger niveau van vertrouwen in de validiteit van onze resultaten bereiken, zelfs als we te maken hebben met zeer complexe kwantumcircuits."

De onderzoekers gebruikten supergeleidende kwantumcircuits, een toonaangevend platform voor kwantuminformatieverwerking, om hun techniek te demonstreren. Ze voerden simulaties uit op twee verschillende kwantumsimulators en ontdekten een hoge consistentie in de resultaten. Dit versterkte de betrouwbaarheid van hun experimentele resultaten.

Bovendien is de techniek schaalbaar en kan worden toegepast op uitgebreidere kwantumsimulaties en verschillende hardwareplatforms, zoals gevangen ionen en fotonische systemen.

"Kruisvalidatie van kwantumsimulaties is een cruciale stap in de richting van de vooruitgang op het gebied van kwantumcomputing", zegt Johannes Fink, co-auteur van het onderzoek. "Naarmate we kwantumtechnologieën blijven onderzoeken en ontwikkelen, wordt het garanderen van de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van onze experimenten steeds belangrijker. Deze techniek draagt ​​aanzienlijk bij aan dit streven."