Bei den analysierten IBM-Prozessoren erhöhen Messungen mitten in einer Berechnung den effektiven Fehler etwa um diez veces gegenüber derselben Aufgabe ohne sie. Bei Quantinuum-Prozessoren ist dieser Aufpreis vergleichbar mit dem einer Zwei-Qubit-Tür, der Operation, die zwei Qubits miteinander verbindet. So fasst eine Quantencomputing-Studie zusammen, die auf arXiv veröffentlicht wurde von J. A. Montañez-Barrera und Kristel Michielsen vom Jülich Supercomputing Centre, die zehn Prozessoren von Quantinuum, IBM und IQM vergleicht.
Diese Messungen sind unverzichtbar, um Fehler zu korrigieren, weil sie Fehlfunktionen erkennen und das Ergebnis nutzen, um spätere Operationen zu steuern, aber sie können auch neue Fehler einführen oder Qubits in Wartezustand belassen. Deshalb schlagen die Autoren einen Vorab-Test vor, der abschätzt, ob ein Chip bereit ist, ohne das komplette Experiment durchzuführen, das viel Rechenzeit in Anspruch nimmt.
Der Test nutzt eine Version des QAOA-Algorithmus, eine Methode, die bestrebt ist, gute Lösungen für mathematische Probleme zu finden, sodass deren Lösung Verbindungen und Messungen erfordert, die jenen bestimmter Fehlerkorrektur-Codes ähneln. Mit jeder hinzugefügten Schicht wird gemessen, wie schnell die Güte der Lösungen abnimmt: 1 entspricht der optimalen Lösung und 0,5 dem Zufall. Die Schaltungen erreichen bis zu 2.950 Zwischenmessungen.
Mit dem Surface-Code, der Informationen durch Prüfungen über ein Netzwerk von Qubits schützt, erreichte Helios-1 von Quantinuum das höchste Ergebnis mit 25 Daten-Qubits in allen untersuchten Tiefen, mit Abweichungen von zwei bis vier Standardabweichungen pro Punkt und 50 Durchläufen je Fall. Bei Ketten von 30 Qubits zeigte sich ein ähnlicher Trend, aber die Unsicherheit erlaubt keine Bestätigung der Verbesserung.
Bis zu 91 Daten-Qubits und das Limit der acht Zonen
In umfangreicheren Tests hielt Helios-1 Ergebnisse oberhalb des Zufalls mit 81 Daten-Qubits im Surface-Code, 91 im dreieckigen Farbcodes und 48 in Codes des Typs bivariate Bicycle, einer Familie, die untersucht wird, um den Ressourcenbedarf zu senken. Diese Tests messen, ob der Prozessor anspruchsvolle Muster von Operationen toleriert und beweisen nicht, dass Fehler in dieser Größenordnung korrigiert wurden. Beim 91-Qubit-Test blieben nur sieben der 98 physischen Qubits als Hilfsqubits frei, sodass die Messungen in Chargen durchgeführt wurden.
Die Messkosten bei Helios-1 stiegen mit längeren Ketten, was die Studie auf seine acht Betriebszonen zurückführt: Nicht alle Messungen passen gleichzeitig hinein, und einige Qubits warten. Durch das gleichzeitige Ausführen mehrerer Operationen verzeichnete der Test eine deutliche Verbesserung.
Zur Validierung verglichen die Autoren dies mit speichergeschützten Experimenten in 11 Zonen des IBM-Phoenix-Prozessors. Die am besten bewerteten Zonen wiesen in der Regel weniger logische Fehler auf, mit einer mittleren Abweichung von 1,6 Rangpositionen in der Rangordnung gegenüber 2,1 bis 2,7 der betrachteten Kalibrierungsdaten, allerdings nur in kleinen Surface-Code-Patches und auf einem einzigen Prozessor.
Die Forscher erwähnen außerdem, dass weitere Tests erforderlich sind, bevor diese Methode die vollständigen Experimente ersetzt. Zudem handelt es sich um einen Preprint und er ist noch nicht Peer-reviewed.
