• Kvantumszámítógépek szimulációja, kvantumos hibajavítás

Halmos Balázs Paszkál

Budapest II. Kerületi II. Rákóczi Ferenc Gimnázium

Konzulensek:
Gyurkovics Tamás
Dr. Asbóth János

Kvantumszámítógépek szimulációja, kvantumos hibajavítás

Balázs a kutatásában kétféle hibamodellt hasonlított össze egy olyan kvantumszámítógép környezetben, amely ismétléses kódot használ az információ védelmére.
A klasszikus számítógépektől eltérően itt kvantumbiteket használ, amelyek nem csak a 0 és az 1 állapotban lehetnek, hanem a 2 szuperpozíciójában is. Ezek segítségével néhány konkrét probléma sokkal hatékonyabban oldható meg, mint akár a ma elérhető legjobb szuperszámítógépekkel. Ilyen például a nagy számok prím tényezőkre felbontása, amely problémán a mai internetes titkosítás nagy része alapul. A kvantumbitek egyik megjelenítési formája a Bloch-gömb, ahol az állapotot egy egységvektorral írhatjuk le.
Mivel a kvantumbitek több állapotban lehetnek, többféle hiba hathat rájuk, ezért a hibák elleni védekezés nem olyan egyszerű, mint klasszikus számítógépeknél, a kulcs az, hogy az információt egyszerre "N" bit kölcsönös állapotában tároljuk, majd "T" mérési kört végzünk egymás után. A pályázó a két hibamodellt vizsgálta meg: koherens és inkoherens hibákat, nem tökéletes kiolvasás mellett.
A kérdések, amelyekre kereste a választ és a válaszok röviden:
- Melyik hiba típus a veszélyesebb? - Egyformán veszélyesek.
- Ha tovább várunk és többször mérünk, az javít vagy ront a hatékonyságon? - Ront.
- Kevesebb vagy több biten érdemes tárolni az információt? - Több.
A kutatáshoz numerikus Monte Carlo szimulációkat végzett és ezek eredményeit elemezte. A programokat a qiskit python könyvtárban készítette, a szimulációt a Google Colaboratory felületén futtatta.
A valódi számítógépen futtatáshoz az IBM ingyenesen elérhető kvantumchipjeit használta. Amelynek eredményeként megalapította, hogy ezek a gépek túl nagy hibákkal működnek az alkalmazások nagy részéhez, így ez a téma további kutatást igényel, amíg eljuthatunk a kvantumszámítógépek széles körű felhasználáshoz.
A kutatás folytatásának iránya lehet a felületi kód vizsgálata, ami az ismétléses kódnál nagyobb védelmet nyújt.