Квантовый объем - Quantum Volume

Квантовый объем это показатель, который измеряет эффективность квантовый компьютер возможности и количество ошибок. Квантовый компьютер IBM Raleigh получил 32 балла в январе 2020 года. В августе 2020 года IBM объявила, что достигла объема 64 в системе с 27 кубитами.^[1]

Квантовые компьютеры трудно сравнивать. Квантовый объем - это единое число, предназначенное для демонстрации всех характеристик. Он рассчитывается с учетом нескольких характеристик квантового компьютера, начиная с его количества кубиты —Другими используемыми измерениями являются ошибки затвора и измерения, перекрестные помехи и связность.^[2][3][4]

IBM представила метрику Quantum Volume ^[5] потому что количество транзисторов в классическом компьютере и количество квантовых битов в квантовом компьютере не одно и то же. Кубиты декогерируются, что приводит к потере производительности, поэтому несколько отказоустойчивых битов более ценны в качестве меры производительности, чем большее количество зашумленных и подверженных ошибкам кубитов. ^[6][7]

Как правило, чем больше квантовый объем, тем более сложные задачи может решить квантовый компьютер.^[8]

Определение

Квантовый объем квантового компьютера определен Николаем Моллем. и другие.^[9].Это зависит от количества кубитов. N а также количество шагов, которые могут быть выполнены, глубина схемы d

${\displaystyle {\tilde {V}}_{Q}=\min[N,d(N)]^{2}.}$

Глубина схемы зависит от эффективной частоты ошибок. ${\displaystyle \epsilon _{\mathrm {eff} }}$ в качестве

${\displaystyle d\simeq {\frac {1}{N\epsilon _{\mathrm {eff} }}}.}$

Эффективная частота ошибок ${\displaystyle \epsilon _{\mathrm {eff} }}$ определяется как средняя частота ошибок двухкубитного логического элемента. Если физические двухкубитные вентили не имеют возможности подключения всех ко всем, дополнительные ЗАМЕНА вентили могут потребоваться для реализации произвольного двухкубитного вентиля и ${\displaystyle \epsilon _{\mathrm {eff} }>\epsilon }$, куда ${\displaystyle \epsilon }$ - частота ошибок физических двухкубитовых вентилей. Если доступны более сложные аппаратные вентили, такие как трехкубитовый Ворота Тоффоли, Возможно, что ${\displaystyle \epsilon _{\mathrm {eff} }<\epsilon }$.

Допустимая глубина схемы уменьшается, когда добавляется больше кубитов с той же эффективной частотой ошибок. Итак, с этими определениями, как только ${\displaystyle d(N)<N}$, квантовый объем уменьшается при добавлении дополнительных кубитов. Чтобы запустить алгоритм, требующий только ${\displaystyle n<N}$ кубиты на N-qubit machine, может быть полезно выбрать подмножество кубитов с хорошей связью. В этом случае Moll и другие. ^[9] дать уточненное определение квантового объема.

${\displaystyle V_{Q}=\max _{n<N}\left\{\min \left[n,{\frac {1}{n\epsilon _{\mathrm {eff} }(n)}}\right]^{2}\right\},}$

где максимум берется по произвольному выбору п кубиты.

Рекомендации

1. Кондон, Стефани (20 августа 2020 г.). «IBM достигает новой вехи в области квантовых вычислений». ZDNet. Получено 2020-08-21.
2. «Honeywell утверждает, что построила самый высокопроизводительный из доступных квантовых компьютеров». Phys.org. Получено 2020-06-22.
3. Смит-Гудсон, Пол. «Квантовый объем: критерий для измерения производительности квантовых компьютеров». Forbes. Получено 2020-06-22.
4. «Измерение квантового объема». Qiskit.org. Получено 2020-08-21.
5. Кросс, Эндрю В .; Епископ Лев С .; Шелдон, Сара; Нация, Пол Д .; Гамбетта, Джей М. (2018). «Проверка квантовых компьютеров с использованием схем рандомизированных моделей». Phys. Ред. А. 100 (3): 032328. Дои:10.1103 / PhysRevA.100.032328. Получено 2020-10-02.
6. Мандельбаум, Райан Ф. (2020-08-20). «Что такое квантовый объем?». Средний Qiskit. Получено 2020-08-21.
7. Сандерс, Джеймс (12 августа 2019 г.). «Почему квантовый объем жизненно важен для прокладки пути к квантовому преимуществу». TechRepublic. Получено 2020-08-22.
8. Пэтти, Ли (2020). «Квантовый объем: мощность квантовых компьютеров». www.honeywell.com. Главный научный сотрудник Honeywell Quantum Solutions. Получено 2020-08-21.
9. Молл, Николай; Баркуцос, Панайотис; Епископ Лев С; Чоу, Джерри М.; Крест, Андрей; Эггер, Дэниел Дж; Филипп, Стефан; Фюрер Андреас; Гамбетта, Джей М; Ганжорн, Марк; Кандала, Абхинав; Меццакапо, Антонио; Мюллер, Питер; Рис, Уолтер; Салис, Джиан; Смолин, Джон; Тавернелли, Ивано; Темме, Кристан (2018). «Квантовая оптимизация с использованием вариационных алгоритмов на краткосрочных квантовых устройствах». Quantum Sci. Technol. 3: 030503. Дои:10.1088 / 2058-9565 / aab822.