Квантовые программы, как и любые другие, могут совершать ошибки. Исследователи из Лаборатории программного обеспечения кафедры информатики Университета Штутгарта изучают методы, которые позволяют надежно проверять результаты, получаемые такими программами. В рамках нового проекта “QPTest”, поддержанного Немецким научно-исследовательским фондом (DFG), они намерены разработать комплексную систему тестирования для платформ квантовых вычислений.
Эффективность квантовых компьютеров
Квантовые компьютеры способны решать сложные задачи намного быстрее, чем классические компьютеры. Однако проверка корректности результатов, которые они выдают, пока остаётся проблемной. Проект “QPTest: Автоматизированное тестирование платформ квантовых вычислений” призван изменить это. Исследователи хотят систематически выявлять ошибки в программном обеспечении квантовых вычислений, чтобы обеспечить надёжные расчёты.
Профессор Михаэль Прадель, руководитель Лаборатории программного обеспечения и директор Института программной инженерии (ISTE) Университета Штутгарта, объясняет: «Квантовые компьютеры революционизируют вычисления и одновременно создают новые задачи для программного обеспечения. Качество платформ станет решающим фактором для эффективного использования квантовых компьютеров».
Неповторимость вычислений
В отличие от классических битов, квантовые биты (кубиты) могут находиться в состояниях 1 и 0 одновременно. Это даёт возможность квантовым компьютерам проводить более мощные вычисления, особенно в таких областях, как симуляции, криптография и искусственный интеллект. Однако каждое выполнение программы на квантовом компьютере уникально — результаты представляют собой распределение вероятностей, а не точные и повторяемые данные.
Если распределение вероятностей отклоняется от ожидаемых значений, это может сигнализировать об ошибке в программной платформе или о помехах, вызванных «шумом» в аппаратном обеспечении. Поэтому традиционные методы тестирования здесь не подходят, и учёные разрабатывают новую тестовую систему, которая будет учитывать особенности квантовых вычислений.
QPTest и открытые платформы
К концу проекта учёные надеются разработать методы, которые позволят с минимальным числом запусков программ надёжно выявлять реальные ошибки на платформах квантовых вычислений. Также они планируют использовать статистические методы для сокращения числа ложных тревог. Все полученные данные исследователи планируют протестировать на таких открытых платформах, как Qiskit (IBM) и Cirq (Google). Эти платформы предоставляют учёным и разработчикам инструменты для создания квантовых алгоритмов и программ.
«Если наш проект окажется успешным, это станет основой для автоматизированного поиска ошибок на платформах квантовых вычислений», — отмечает профессор Прадель.