Các nhà nghiên cứu độc lập từ IBM Quantum Network đã công bố hai nghiên cứu kỹ thuật được bình duyệt, xác thực các ứng dụng thực tế trên kiến trúc bộ xử lý lượng tử IBM Nighthawk. Các nghiên cứu này được thực hiện thông qua hợp tác RPI-IBM Future of Computing Research Collaboration, chứng minh khả năng mở rộng và thực thi trên phần cứng lượng tử siêu dẫn quy mô tiện ích mà không cần can thiệp trực tiếp từ đội ngũ kỹ thuật IBM.

Mô phỏng tương tác nucleon-phản nucleon trên IBM Nighthawk

Nghiên cứu đầu tiên, hợp tác giữa Rensselaer Polytechnic Institute, Stony Brook University, University of Washington và Brookhaven National Laboratory, đã thực hiện mô phỏng lượng tử theo dõi tương tác nucleon–phản nucleon. Nhóm nghiên cứu đã ánh xạ một phiên bản hai chiều có thể giải được của lý thuyết gauge vật lý hạt thành mô hình chuỗi spin tương tác, trong đó nucleon và phản nucleon tương ứng với các kích thích cục bộ chuyên biệt. Để chạy mô phỏng phi nhiễu loạn này trên IBM Nighthawk, nhóm đã chuẩn bị trạng thái cơ bản biến phân và thực hiện các thao tác chuỗi không unita bằng cách sử dụng một tập hợp các qubit ancilla vật lý liền kề. Bằng cách xây dựng một bộ ước lượng năng lượng mục tiêu dựa trên hiệu của các hiệu, hệ thống đã tận dụng tính năng khử lỗi có cấu trúc để cô lập thành công thế tương tác hấp dẫn giữa các hạt mô phỏng, bất chấp nhiễu phần cứng môi trường.

Đánh giá khả năng chống xâm nhập mạng bằng thuật toán biến phân

Trong một nghiên cứu kỹ thuật song song, các nhà nghiên cứu từ Rensselaer Polytechnic Institute và Marist University đã đánh giá khả năng phần cứng của việc sử dụng thuật toán biến phân để bảo vệ chống lại các cuộc xâm nhập mạng kỹ thuật số. Quy trình làm việc thiết lập một pipeline tự động, tiếp nhận nhật ký mạng thô từ hệ thống bẫy honeypot đang hoạt động và cấu trúc chúng thành bài toán tối ưu hóa đồ thị. Bằng cách tạo ra một đồ thị hai phía theo thời gian, các sự kiện giao tiếp được ánh xạ trực tiếp lên qubit, biến chính sách cách ly mạng thành một thách thức tối ưu hóa có trọng số. Tối đa hóa các ranh giới cắt của mô hình đồ thị này cho phép hệ thống thiết lập một chính sách giảm thiểu lưu lượng tối ưu, cách ly các luồng tấn công từ chối dịch vụ độc hại trong khi bảo vệ các kênh giao tiếp người dùng hợp pháp.

So sánh hiệu năng giữa các kiến trúc phần cứng IBM

Nghiên cứu an ninh mạng đã triển khai một triển khai cố định, nông của Quantum Approximate Optimization Algorithm trên một thang đo mở rộng của các bộ dữ liệu honeypot chứa tới 110 nút sự kiện. Để đánh giá tác động của cấu trúc liên kết bộ xử lý vật lý lên độ chính xác thuật toán, khối lượng công việc 110 qubit đã được thực thi và so sánh trên ba nền tảng phần cứng IBM khác nhau, bao gồm bộ xử lý IBM Nighthawk dạng lưới và các bố trí heavy-hex. Một kiểm tra định tuyến cho thấy kiến trúc Nighthawk đạt được chi phí biên dịch cấu trúc thấp nhất, yêu cầu ít thao tác hai qubit nhất và có tỷ lệ tương tác chặt chẽ nhất. Tuy nhiên, bộ xử lý dựa trên Heron đạt được tỷ lệ chi phí mục tiêu cao nhất, chứng tỏ rằng hiệu chuẩn cổng thô và tỷ lệ lỗi vật lý thấp hơn cạnh tranh trực tiếp với chi phí định tuyến cấu trúc để xác định chất lượng hiệu suất cuối cùng.

Ý nghĩa và hạn chế của các nghiên cứu

Cả hai nghiên cứu đều chứng minh rằng các chỉ số tối ưu hóa tiêu chuẩn không phản ánh toàn bộ câu chuyện khi đánh giá các quy trình ứng dụng thực tế trên phần cứng lượng tử ồn hiện tại. Mô phỏng vật lý dựa vào các bước trừ nhiều lớp để loại bỏ thành công các sai lệch phần cứng tuyệt đối, trong khi khuôn khổ an ninh mạng giới thiệu một điểm số đa biến tách biệt tỷ lệ cắt toán học khỏi khả năng thu hồi tấn công thực tế và độ chính xác cách ly. Bởi vì các heuristic cổ điển có thể giải quyết dễ dàng các đồ thị thời gian ban đầu này, các cột mốc này hoạt động như các điểm chuẩn khả thi phần cứng và kiến trúc hơn là tuyên bố về lợi thế lượng tử. Chúng thiết lập nền tảng cho các công thức phức tạp hơn, nhận thức về bảo mật và các pipeline dữ liệu mã nguồn mở khi phần cứng vật lý tiếp tục mở rộng.

Theo Quantum Computing Report

Ảnh: Markus Winkler / Pexels