Wprowadzenie

Świat zbliża się do ery przewagi kwantowej. W tym kontekście przewaga kwantowa oznacza wykonanie zadania na hybrydowym systemie kwantowo-klasycznym w taki sposób, że:

• Poprawność wyniku można rygorystycznie zweryfikować.
• Obliczenie wykazuje separację kwantową — zapewniając wyższą efektywność, opłacalność lub dokładność w porównaniu z samymi metodami klasycznymi.

Osiągnięcie przewagi kwantowej w najbliższej przyszłości będzie wymagało wykorzystania każdego dostępnego narzędzia, aby uzyskać jak najwięcej z dzisiejszego sprzętu kwantowego. W praktyce oznacza to bezpośrednie zmierzenie się z szumem i błędami. Dysponujemy stale rozszerzającym się zestawem narzędzi do radzenia sobie z tymi wyzwaniami, w tym tłumieniem błędów, łagodzeniem błędów, wykrywaniem błędów i korekcją błędów. Te pojęcia mogą być trudne do rozróżnienia, częściowo dlatego, że tworzą kontinuum na drodze do odpornych na błędy (fault-tolerant) obliczeń kwantowych. Mówiąc w uproszczeniu:

• Tłumienie błędów ma na celu zmniejszenie prawdopodobieństwa wystąpienia określonych błędów już u ich źródła.
• Łagodzenie błędów ma na celu zmniejszenie wpływu błędów, które już wystąpiły, na końcowy wynik.
• Wykrywanie i korekcja błędów kodują informację kwantową w sposób nadmiarowy w wielu kubitach, dzięki czemu błędy można wykrywać i korygować za pomocą kontroli spójności.

Niektóre techniki zacierają te granice. Na przykład, jeśli błędy można wykryć na poziomie obwodu, a nieprawidłowe strzały (shots) są odrzucane lub probabilistycznie odzyskiwane podczas przetwarzania końcowego, można to uznać za ograniczoną formę korekcji błędów, mimo że brakuje jej pełnej struktury odpornej na błędy, charakterystycznej dla kwantowych kodów korekcji błędów.

Pauli twirling, inny przykład, przekształca szum tak, aby zachowywał się jak stochastyczny proces Pauliego. Może to spowolnić narastanie błędów koherentnych i zwiększyć skuteczność innych technik, takich jak łagodzenie błędów. Sama w sobie technika ta jest jednak najlepiej opisywana jako forma „dostrajania” szumu (noise tailoring), a nie ściśle jako tłumienie czy łagodzenie.

Te narzędzia nie wykluczają się wzajemnie. Skuteczne przepływy pracy często łączą wiele podejść. Tłumienie i łagodzenie błędów można dziś stosować w szerokim zakresie, natomiast wykrywanie błędów można w niektórych przepływach pracy wykorzystać do odrzucania błędnych wyników lub probabilistycznego odzyskiwania poprawnych stanów. Tymczasem coraz bardziej zaawansowane formy korekcji błędów stają się stopniowo osiągalne. Wykorzystując i łącząc te metody, możemy zbudować ciągłą ścieżkę prowadzącą do odpornych na błędy obliczeń kwantowych. Aby poznać uproszczone podejście do wykorzystania wielu technik łagodzenia błędów, bez zagłębiania się w teorię, zobacz ten samouczek na IBM Quantum® Platform.

W tym kursie, Tools for Quantum Advantage, zbadamy niektóre z najbardziej obiecujących metod radzenia sobie z szumem i błędami kwantowymi. Skupiamy się na praktycznych zastosowaniach z wykorzystaniem Qiskit, dostarczając przy tym wystarczającego zaplecza teoretycznego, aby pomóc Ci określić, które techniki są odpowiednie dla Twojego przypadku użycia. Podkreślimy również, które metody można skutecznie łączyć w ramach jednego przepływu pracy — a które zazwyczaj nie.

Dołącz do nas, gdy będziemy odkrywać narzędzia, dzięki którym przewaga kwantowa znajdzie się w zasięgu ręki.