衡量嘈杂的量子计算时代的进展

IBM的“量子量”概念建议将对量子计算进展的度量范围扩展到仅计算量子位之外





IBM创造了“量子体积”一词来衡量量子计算的进展,而量子技术仍远未达到理想状态



。在“嘈杂”的量子计算时代衡量量子计算机的进展可能具有挑战性。一些公司,尤其是IBM和霍尼韦尔,已经对“量子量”这样的进步感到满意。但是,并非所有公司和研究人员都同意这一措施在量子计算领域的有用性。



在理想的世界中,研究人员可以根据每台计算机中的量子位(qubit)数来衡量量子计算的进度。然而,来自热运动或电磁源的噪声不断威胁着破坏性地干扰易碎量子比特执行的计算。结果,仅基于量子位的总数来可靠地评估量子计算机的能力是非常困难的。因此,来自IBM的研究人员建议引入量子体积的概念,这是一种更可靠的方法,适用于尚不理想的量子计算技术的这一发展阶段。



IBM研究科学家兼量子计算副总裁Jay Gambetta 说:“您可以将量子体积视为量子计算机在最恶劣条件下运行的平均电路数量。” “结果意味着,如果这种“最坏情况”的条件是可能的,那么量子体积将成为电路质量的度量。质量越高,在量子计算机上工作的电路就越复杂。”



更具体地说,IBM团队将量子量定义为与具有相同宽度和深度的最大链的大小对应的幂为2的幂,并能够通过某些可靠性测试。Daniel Lidar说,试验可以验证随机的两比特网关是位于南加州大学洛杉矶分校的量子信息科学与技术中心主任。链的大小由基于qubit数的宽度或基于锁的数目的深度确定。在这种情况下,宽度和深度在数量上是相同的。



这意味着6个量子位的量子计算系统将具有等于2的6或64的幂的量子量-但前提是它的量子位仅相对较少地依赖于噪声,而不会给出相关的误差。因此,对于确定量子体积,选择特定的可靠性测试非常重要。



激光雷达没有涉及量子体积的概念,他认为这对当今的量子计算机是一种有用的措施。他们的技术被称为噪音中级量子(NISQ)。 “该指标完美地描述了NISQ时代量子计算机的性能。这个时代的特点是,噪声仍然是限制可靠工作电路深度的主要因素之一。”



自从IBM在2019年末开始积极使用此术语以来,量子量在IBM和其他公司(特别是霍尼韦尔)的量子计算论文和新闻稿中已经非常普遍。但是,至少有一家科技公司的主管已经表达了一个想法,即将用尽该术语的用处。



彼得·查普曼(Peter Chapman)接受IonQ采访时,讨论了IonQ量子计算机的最新发展,他解释了降噪如何实现具有400万量子量的高精度32比特系统。研究人员将不得不更改定义以使其保持有用。



但是,Lidar并不同意“量子体积”一词会很快消失。他指出了这样一个事实,即量子体积会如此之快地增长,仅是因为定义的一部分将两个提高到了幂。他补充说,IBM在第一份工作中甚至没有使用此指数关于这个主题的发表于2017年。 “这只是定义本身的缺陷,” Lidar说。



激光雷达说,最简单的方法是根据最大数量的量子位或网关来确定量子体积,而不使用幂运算。



并非所有人都认为量子体积对于评估量子计算的进展如此重要或必要。德州大学奥斯汀分校的计算机科学家兼量子信息中心主任斯科特·亚伦森目前尚不清楚量子计算机的进展是否应该全部减少到一个标准。他在他的文章“拧入量子体积” [体积-体积,以及体积/大约。翻译]。



Aaronson说:“在众多选择中,这只是量子计算机的凉爽程度的另一种可能的通用消费者指数”。



从实际的角度来看,只有像IBM这样的行业大公司才关注量子量。纽约大学物理学副教授,Shabani实验室主席Javad Shabani这样说。他和其他研究人员通常无法访问如此大的量子系统,即使考虑到越来越多的公司为程序员提供对此类系统的云访问这一事实。



尽管如此,Shabani仍将量子体积视为一个有用的概念,比简单地计算量子位更有意义地定义量子计算的进展。他像激光雷达一样,建议放弃量子业务,而噪声则是限制因素-可能是未来五年或十年。



Shabani说:“如果您可以创建一个不受噪声影响的逻辑量子位,那么这种量子体积的概念将自然而然地消失。”



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