NordenBladet — 2. juunil kaitses Tartu Ülikooli arvutiteaduse instituudi magistrant Mykhailo Nitsenko oma magistritöö „Quantum Circuit Fusion in the Presence of Quantum Noise on NISQ Devices“ („Kvantlülituse sulandumine kvantmüra olemasolul NISQ-seadmetes“). See on esimene Tartu Ülikoolis kvantarvutuse teemal kaitstud magistritöö.

Dirk Oliver Theisi ja Dominique Unruh’ juhendatud magistritöös uuris Mykhailo Nitsenko kvantlülituste ehk kvantahelate sulandumist, mis võib potentsiaalselt vähendada statistilist müra kvantarvutuste lõpus mõõtmiste keskväärtuste hindamisel. Kuid lähituleviku kvantarvutusseadmeid iseloomustab ka kvantmüra (nt dekoherents) ning kvantahelate sulandumine suurendab seda probleemi veelgi.

Mykhailo Nitsenko tegi IBM-i avalikult kättesaadavatel kvantarvutitel tuhandeid katseid ning kasutas müra ja sellega seotud infokadude hindamiseks ja visualiseerimiseks Fourier’ analüüsi.

Nitsenko sõnul oli ta enne Tartu Ülikooli õppima tulekut veendunud, et kvantarvutus on vaid abstraktne idee, mida me iial kasutada ega isegi rakendada ei saa. „Ma lihtsalt ei kujutanud ette, kuidas oleks üldse võimalik arvutada midagi ilma seda otseselt vaatlemata. Kvantarvutuse loengutes nägin, kuidas seda tehakse, ning mõistsin, et sellele teemale tahangi oma teadustöös pühenduda,“ sõnas ta.

„Kui me ei soovi ära oodata tõrketaluvusega kvantarvuteid, võime püüda kasutada juba praegu ehitatavaid mürarikkaid kvantarvutusseadmeid. Sel juhul on aga tähtis uurida kvantmüra mõju arvutustele ja seda mõju leevendada,“ ütles Tartu Ülikooli arvutiteaduse instituudi teoreetilise informaatika dotsent Dirk Oliver Theis. Ta lisas, et kvantmüral võib olla kvantarvutusele laastav mõju, sest see võib muuta tulemuse täiesti arusaamatuks, ja oma sõnul eeldas ta, et Mykhailo Nitsenko magistritöös rakendatav matemaatika aitab seda müra mitmest küljest paremini mõista.

Lähituleviku kvantarvutustes püütakse luua kvantahelaid, mis on piisavalt lühikesed, et moonutatud mõõtmistulemustest saaks kuidagi tuletada korrektse väljundi. Kvantmüra mõjutab aga lähituleviku kvantarvutite arvutustulemusi keerukatel viisidel. „Nitsenko rakendatud Fourier’ analüüsil põhinevas matemaatilises lähenemises võis mõnd mõju ette näha, näiteks amplituudide vähenemist dekoherentsi tõttu. Üllatav oli aga see, et kvantmüra madalatel sagedustel ilmnesid kindlad mustrid. Edasises teadustöös võiks seda kasutada, et leevendada kvantmüra mõju arvutustele,“ lisas Theis.

Sel aastal sai Tartu Ülikooli füüsika instituut Hariduse Infotehnoloogia Sihtasutuse (HITSA) toetuse, et jätkata ja suurendada kvantarvutuse õpetamist ja uurimist ülikoolis. Toetuse abil luuakse uued interdistsiplinaarsed kvantprogrammeerimise loengukursused.

Lisateave: Dirk Oliver Theis, Tartu Ülikooli arvutiteaduse instituudi teoreetilise informaatika dotsent, dirk.theis@ut.ee