Programmi quantistici, anche lui può sbagliarsi. I ricercatori del Software Lab del Dipartimento di informatica dell’Università di Stoccarda stanno studiando come verificare in modo affidabile i risultati forniti da questi programmi.
Nell’ambito del nuovo progetto “QPTest” della Fondazione tedesca per la ricerca (DFG), vogliono sviluppare un quadro di test completo per le piattaforme di calcolo quantistico.
Computer quantistico. Credito immagine: NIST
Laddove i computer convenzionali raggiungono i loro limiti, in futuro i computer quantistici saranno in grado di risolvere problemi complessi molto più velocemente. Tuttavia, non è ancora possibile verificare in modo affidabile la coerenza dei risultati della piattaforma di calcolo quantistico.
Il progetto “QPTest: Test automatizzato di piattaforme di calcolo quantistico” dell’ Laboratorio di software presso il Dipartimento di Informatica dell’Università di Stoccarda ha lo scopo di cambiare questa situazione. I ricercatori vogliono identificare sistematicamente i bug nelle piattaforme software di calcolo quantistico e garantire così un calcolo affidabile.
Usare i computer quantistici in modo efficiente
“I computer quantistici rivoluzionano il calcolo e, allo stesso tempo, ci presentano nuove sfide software”, afferma il Prof. Dr. Michael Pradel, capo del Software Lab e amministratore delegato dell’Università Istituto di Ingegneria del Software (ISTE) presso l’Università di Stoccarda.
“La qualità delle piattaforme software sarà fondamentale per utilizzare i computer quantistici in modo efficace”, spiega l’esperto in analisi dei guasti delle infrastrutture informatiche tradizionali e delle piattaforme di calcolo quantistico. Per poter garantire questa qualità, gli scienziati hanno bisogno di un quadro di programmazione in cui possano essere utilizzate nuove procedure di test automatizzate. Nell’ambito del “QPTest”, Pradel e il suo team vogliono sviluppare e provare un simile quadro.
Non esistono due esecuzioni del programma uguali
A differenza dei bit classici, i bit quantomeccanici, in breve qubit, sono in grado di occupare gli stati 1 e 0 contemporaneamente. I qubit sono la base per i calcoli su potenti computer quantistici, destinati ad essere utilizzati, tra le altre cose, nella scienza della simulazione, nella crittografia e nelle applicazioni di intelligenza artificiale. Tuttavia, non esistono due esecuzioni del programma uguali.
Non esistono risultati unici e riproducibili. Invece, i sistemi forniscono una distribuzione di probabilità sugli stati misurati sui qubit.
Se la distribuzione di probabilità si discosta dai valori attesi, ciò potrebbe suggerire un errore critico all’interno della piattaforma utilizzata o semplicemente indicare che il rumore proveniente dall’hardware sottostante sta interferendo con i calcoli. Di conseguenza, i ricercatori non possono fare affidamento su routine di test convenzionali e standardizzate e stanno sviluppando la propria struttura per il nuovo paradigma informatico.
QPTest in combinazione con piattaforme open source
Alla fine del “QPTest” gli scienziati vogliono essere in grado di identificare i veri bug nelle piattaforme di calcolo quantistico in modo affidabile e con un numero limitato di esecuzioni del programma. Inoltre, i metodi di correzione statistica devono ridurre il numero di falsi allarmi.
I ricercatori mirano a valutare i risultati ottenuti nel corso del progetto su piattaforme open source comuni come Qiskit (IBM Research) e Cirq (Google). Queste piattaforme forniscono agli informatici strumenti e risorse per sviluppare algoritmi quantistici e scrivere programmi quantistici. «Se il nostro progetto avrà successo, saremo in grado di gettare le basi per l’esame automatizzato degli errori delle piattaforme quantistiche», sottolinea il prof. Pradel.
Fonte: Università di Stoccarda
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