Introduzione

Il mondo si sta avvicinando all'era del vantaggio quantistico. Qui, il vantaggio quantistico si riferisce all'esecuzione di un'attività su un sistema ibrido quantistico-classico tale che:

• La correttezza dell'output possa essere rigorosamente verificata.
• Il calcolo dimostri una separazione quantistica — fornendo un'efficienza, un rapporto costo-efficacia o un'accuratezza superiori rispetto ai soli metodi classici.

Raggiungere il vantaggio quantistico nel breve termine richiederà di utilizzare ogni strumento disponibile per ottenere il massimo dall'hardware quantistico odierno. In pratica, ciò significa affrontare direttamente il rumore e gli errori. Abbiamo a disposizione un set di strumenti in continua espansione per affrontare queste sfide, tra cui la soppressione degli errori, la mitigazione degli errori, il rilevamento degli errori e la correzione degli errori. Questi concetti possono essere difficili da distinguere, in parte perché si collocano lungo un continuum nel percorso verso il calcolo quantistico fault-tolerant. In generale:

• La soppressione degli errori mira a ridurre la probabilità che certi errori si verifichino fin dall'inizio.
• La mitigazione degli errori cerca di ridurre l'impatto sul risultato finale degli errori che si sono già verificati.
• Il rilevamento e la correzione degli errori codificano l'informazione quantistica in modo ridondante su più qubit, in modo che gli errori possano essere rilevati e corretti tramite controlli di coerenza.

Alcune tecniche sfumano questi confini. Ad esempio, se gli errori possono essere rilevati a livello di circuito e gli shot non validi vengono scartati o recuperati probabilisticamente in post-elaborazione, questo può essere visto come una forma limitata di correzione degli errori, sebbene manchi della struttura fault-tolerant completa dei codici di correzione degli errori quantistici.

Il Pauli twirling, un altro esempio, rimodella il rumore in modo che si comporti come un processo di Pauli stocastico. Questo può rallentare l'accumulo di errori coerenti e rendere più efficaci altre tecniche, come la mitigazione degli errori. Da solo, tuttavia, è meglio descritto come una forma di adattamento del rumore (noise tailoring), piuttosto che strettamente di soppressione o mitigazione.

Questi strumenti non si escludono a vicenda. I flussi di lavoro efficaci spesso combinano più approcci. La soppressione e la mitigazione sono ampiamente applicabili oggi, mentre il rilevamento degli errori può essere utilizzato in alcuni flussi di lavoro per scartare risultati errati o recuperare probabilisticamente stati corretti. Nel frattempo, forme sempre più avanzate di correzione degli errori stanno progressivamente diventando accessibili. Sfruttando e combinando questi metodi, possiamo costruire un percorso continuo verso il calcolo quantistico fault-tolerant. Per un approccio semplificato che sfrutta più tecniche di mitigazione degli errori, senza troppo background teorico, consulta questo tutorial su IBM Quantum® Platform.

In questo corso, Tools for Quantum Advantage, esploreremo alcuni dei metodi più promettenti per la gestione del rumore e degli errori quantistici. Il nostro obiettivo è esplorare applicazioni pratiche utilizzando Qiskit, fornendo al contempo un background teorico sufficiente per aiutarti a determinare quali tecniche siano appropriate per il tuo caso d'uso. Evidenzieremo anche quali metodi possono essere combinati efficacemente all'interno di un unico flusso di lavoro — e quali in genere non possono.

Unisciti a noi nell'esplorare gli strumenti che aiuteranno a portare il vantaggio quantistico a portata di mano.