DARPA onderzoekers belichten toepassingsgebieden voor quantum computing

DARPA meldt: 'Te midden van pogingen om het transformerende potentieel van kwantumcomputers te verkennen, ontbreekt er nog één fundamenteel element in de discussie over kwantum: wat zijn de benchmarks die voorspellen of de kwantumcomputers van morgen echt revolutionair zullen zijn? In 2021 ging DARPA's Quantum Benchmarking -programma van start met als doel het opnieuw uitvinden van de meetgegevens die cruciaal zijn voor het meten van de vooruitgang op het gebied van quantum computing en het toepassen van wetenschappelijke nauwkeurigheid op vaak ongefundeerde beweringen over de toekomstige belofte van quantum computing.

Zes maanden na de tweede fase van het programma hebben vijf teams onderzoeksresultaten benadrukt die gericht zijn op specifieke toepassingen waarbij quantum computing een buitensporige impact zou kunnen hebben op digitale supercomputers. Even belangrijk was dat onderzoekers inschatten welke grootte kwantumcomputer nodig is om de gewenste prestaties te bereiken en hoe waardevol de berekening zou zijn. Pre-prints van deze resultaten zijn beschikbaar op arxiv.org.

“Quantum Benchmarking is bedoeld om de voortgang in de richting van specifieke, transformationele computationele uitdagingen kwantitatief te meten, en om de hardwarespecifieke bronnen te schatten die nodig zijn voor een bepaald niveau van benchmarkprestaties”, aldus Dr. Joe Altepeter, programmamanager Quantum Benchmarking bij DARPA's Microsystems Technology Office . “De bevindingen in deze pre-prints markeren een belangrijke eerste stap in de richting van het kwantificeren van de impact van kwantumcomputers. We publiceren opzettelijk voorlopige resultaten, omdat we robuuste feedback willen van de wetenschappelijke en industriële gemeenschap. We willen die feedback, zodat we aan het einde van het programma resultaten hebben waar we – en de gemeenschap – echt op kunnen vertrouwen.”

In de eerste fase van het programma hebben acht interdisciplinaire teams meer dan 200 potentiële toepassingen samengesteld, op basis waarvan ze 20 kandidaat-benchmarks hebben gecreëerd die de voortgang bij het gebruik van kwantumcomputers kunnen kwantificeren om moeilijke computertaken met economisch nut op te lossen. Voor de tweede fase selecteerde DARPA specifieke benchmarks voor gedetailleerd onderzoek in drie brede categorieën: chemie, materiaalkunde en niet-lineaire differentiaalvergelijkingen. DARPA selecteerde vervolgens vijf teams voor de tweede fase om deze gekozen benchmarks te verfijnen op basis van strenge, op nutsvoorzieningen gebaseerde criteria, en vervolgens de toepassingen van die benchmarks uit te breiden, schaalbare en robuuste tests op te nemen, het praktische nut te evalueren en tools te creëren voor het schatten van hulpbronnen en prestaties die nodig zijn om end-to-end instantiaties van de applicaties op realistische kwantumhardware uit te voeren. De pre-prints beschrijven de resultaten van de teams op deze gebieden, waaruit blijkt dat het aannemelijk is dat kwantumcomputers voordeel zullen opleveren voor economisch waardevolle toepassingen in bepaalde chemie, kwantummaterialen en materiaalwetenschappelijke toepassingen. Het is op dit moment onduidelijk of er enig voordeel kan worden behaald voor toepassingen in niet-lineaire differentiaalvergelijkingen.

Drie teams – University of Southern California, HRL Laboratories en L3Harris – concentreerden zich op benchmarks en applicaties, terwijl twee andere teams – Rigetti Computing en Zapata Computing – de benodigde kwantumcomputingbronnen schatten. MIT Lincoln Laboratory, NASA en Los Alamos National Laboratory zorgden voor inhoudelijke expertise, software-integratie en test- en evaluatiemogelijkheden.

Gedurende de rest van de tweede fase zullen de teams doorgaan met het optimaliseren van de kwantumalgoritmen die voor de verschillende toepassingen zijn bestudeerd, het verbeteren van de nutsschattingen om de waardepropositie van toekomstige kwantumcomputers te begrijpen, en de softwaretools blijven ontwikkelen.

De bevindingen hebben betrekking op potentiële kwantumcomputertoepassingen, niet op de hardwarebehoeften. Een aanvulling op het Quantum Benchmarking-initiatief – het US2QC- programma – onderzoekt de vraag of er daadwerkelijk een kwantumcomputer voor deze toepassingen kan worden gebouwd.

Om de pre-print titels, samenvattingen en links naar de volledige tekst te bekijken, evenals de door de teams ontwikkelde open-source softwarecode, gaat u naar: Publicaties die de potentiële impact van quantum computing in specifieke toepassingen benadrukken .

De artikelen, die nog niet door vakgenoten zijn beoordeeld, zijn openbaar beschikbaar op de arXiv preprint-server ( https://arxiv.org/ ). Er wordt verwacht dat teams, na inbreng van de gemeenschap, definitieve versies van de artikelen zullen indienen voor publicatie in peer-reviewed tijdschriften.