Вступ

Світ наближається до ери квантової переваги. Тут квантова перевага означає виконання завдання на гібридній квантово-класичній системі так, щоб:

• Правильність результату можна було строго перевірити.
• Обчислення демонструвало квантове розділення — забезпечуючи вищу ефективність, економічність або точність порівняно лише з класичними методами.

Досягнення квантової переваги в найближчому майбутньому вимагатиме від нас використання кожного доступного інструменту, щоб отримати максимум від сучасного квантового обладнання. На практиці це означає пряме протистояння шуму та помилкам. Ми маємо постійно зростаючий набір інструментів для вирішення цих проблем, зокрема придушення помилок, пом'якшення помилок, виявлення помилок та виправлення помилок. Ці поняття можуть бути складними для розрізнення, частково тому, що вони лежать на одному континуумі на шляху до відмовостійких квантових обчислень. Загалом:

• Придушення помилок спрямоване на зменшення ймовірності виникнення певних помилок від самого початку.
• Пом'якшення помилок прагне зменшити вплив помилок, що вже сталися, на кінцевий результат.
• Виявлення та виправлення помилок надлишково кодують квантову інформацію на кількох кубітах, щоб помилки можна було виявити та виправити за допомогою перевірок узгодженості.

Деякі методи розмивають ці межі. Наприклад, якщо помилки можна виявити на рівні схеми, а недійсні постріли (shots) відкидаються або ймовірнісно відновлюються під час постобробки, це можна розглядати як обмежену форму виправлення помилок, хоча їй бракує повної відмовостійкої структури квантових кодів, що виправляють помилки.

Твірлінг Паулі (Pauli twirling), ще один приклад, перетворює шум так, щоб він поводився як стохастичний процес Паулі. Це може сповільнити накопичення когерентних помилок і зробити інші методи, такі як пом'якшення помилок, ефективнішими. Однак сам по собі він найкраще описується як форма налаштування шуму, а не придушення чи пом'якшення в строгому сенсі.

Ці інструменти не є взаємовиключними. Ефективні робочі процеси часто поєднують кілька підходів. Придушення та пом'якшення сьогодні широко застосовні, тоді як виявлення помилок можна використовувати в деяких робочих процесах для відкидання помилкових результатів або ймовірнісного відновлення правильних станів. Тим часом дедалі досконаліші форми виправлення помилок поступово стають досяжними. Використовуючи та поєднуючи ці методи, ми можемо побудувати безперервний шлях до відмовостійких квантових обчислень. Для спрощеного підходу до використання кількох методів пом'якшення помилок без значного теоретичного підґрунтя див. цей туторіал на платформі IBM Quantum®.

У цьому курсі, «Інструменти для квантової переваги», ми розглянемо деякі з найперспективніших методів керування квантовим шумом і помилками. Наш фокус — на дослідженні практичних застосувань з використанням Qiskit, водночас надаючи достатньо теоретичного підґрунтя, щоб допомогти тобі визначити, які методи підходять саме для твоєї задачі. Ми також покажемо, які методи можна ефективно поєднувати в межах одного робочого процесу — а які зазвичай не можна.

Приєднуйся до нас — досліджуймо разом інструменти, які допоможуть наблизити квантову перевагу.