Úvod

Svět se blíží k éře kvantové výhody. Kvantovou výhodou zde rozumíme provedení úlohy na hybridním kvantově-klasickém systému takovým způsobem, že:

• Správnost výstupu lze rigorózně ověřit.
• Výpočet prokazuje kvantovou separaci — poskytuje vyšší efektivitu, nákladovou výhodnost nebo přesnost ve srovnání se samotnými klasickými metodami.

Dosažení kvantové výhody v blízké budoucnosti bude vyžadovat využití všech dostupných nástrojů, abychom vytěžili maximum z dnešního kvantového hardwaru. V praxi to znamená čelit šumu a chybám přímo. Máme k dispozici stále se rozšiřující soubor nástrojů pro řešení těchto výzev, včetně potlačování chyb, zmírňování chyb, detekce chyb a korekce chyb. Tyto pojmy může být obtížné rozlišit, částečně proto, že leží na kontinuu na cestě ke kvantovému počítání odolnému vůči chybám. Zjednodušeně řečeno:

• Potlačování chyb se snaží už od počátku snížit pravděpodobnost výskytu určitých chyb.
• Zmírňování chyb se snaží snížit dopad chyb, k nimž již došlo, na konečný výsledek.
• Detekce a korekce chyb redundantně kóduje kvantovou informaci napříč více qubity, aby bylo možné chyby detekovat a opravit pomocí kontrol konzistence.

Některé techniky tyto hranice stírají. Pokud lze například chyby detekovat na úrovni obvodu a neplatné shoty jsou zahozeny nebo pravděpodobnostně obnoveny při následném zpracování, lze to považovat za omezenou formu korekce chyb, i když jí chybí plná odolná struktura kvantových korekčních kódů.

Dalším příkladem je Pauli twirling, který přetváří šum tak, aby se choval jako stochastický Pauliho proces. To může zpomalit nárůst koherentních chyb a učinit další techniky, jako je zmírňování chyb, účinnějšími. Sám o sobě je však nejlépe popsán jako forma přizpůsobení šumu, spíše než jako ryzí potlačování nebo zmírňování.

Tyto nástroje se vzájemně nevylučují. Efektivní pracovní postupy často kombinují více přístupů. Potlačování a zmírňování jsou dnes široce použitelné, zatímco detekci chyb lze v některých pracovních postupech využít k zahození chybných výsledků nebo k pravděpodobnostnímu obnovení správných stavů. Mezitím se čím dál pokročilejší formy korekce chyb postupně dostávají na dosah. Využitím a kombinací těchto metod můžeme vybudovat souvislou cestu k odolnému kvantovému počítání. Zjednodušený přístup k využití více technik zmírňování chyb bez velkého teoretického základu najdeš v tomto tutoriálu na platformě IBM Quantum®.

V tomto kurzu, Nástroje pro kvantovou výhodu, prozkoumáme některé z nejslibnějších metod pro zvládání kvantového šumu a chyb. Zaměříme se na praktické aplikace pomocí Qiskitu a zároveň poskytneme dostatek teoretických základů, které ti pomohou určit, které techniky jsou vhodné pro tvůj případ použití. Rovněž zdůrazníme, které metody lze v rámci jednoho pracovního postupu účinně kombinovat — a které obvykle nelze.

Připoj se k nám při objevování nástrojů, které pomohou dostat kvantovou výhodu na dosah.