量子标准化的里程碑:滑铁卢大学提出循环基准测试,评测量子系统性能

阅读数:803 2019 年 11 月 27 日 14:20

量子标准化的里程碑:滑铁卢大学提出循环基准测试,评测量子系统性能

滑铁卢大学新闻消息,滑铁卢大学的研究人员开发出一种方法,可以建立用于测量量子系统性能的通用标准,这种被称为“循环基准测试”的新方法,能够使研究人员评估量子计算机可扩展性的潜力,并实现量子平台之间的性能比较。目前,“循环基准测试”的相关论文已经在《Nature Communications》上发表。据论文介绍,当前面向实用量子计算的主要挑战在于表征并减少算法在大规模处理器上运行期间所累积的各种错误,而现在的表征技术并不能适当地解决包括串扰和其他相关噪声源在内所造成的大量潜在误差。

量子标准化的里程碑:滑铁卢大学提出循环基准测试,评测量子系统性能

滑铁卢大学量子计算研究所

滑铁卢大学的研究人员声称,“循环基准测试”是一种严格的、可扩展的协议,它能够用于表征跨多量子比特量子处理器的局部和全局误差。研究人员通过在离子阱量子计算机上对非纠缠和纠缠操作的误差进行量化,并在实验中证明了“循环基准测试”的实用性,多量子位纠缠门的总处理保真度范围为 2 量子比特的 99.6(1)%至 10 量子比特的 86(2)%。此外,“循环基准测试”的数据验证了每一个单量子比特门和每两个量子比特耦合的错误率不会随着系统的增加而增加。

概括来说,“循环基准测试”提供了一种跨不同量子比特平台的方法,用于测量和比较各种定制量子处理器的性能。

滑铁卢数学和量子计算研究所的助理教授 Joel Wallman 表示,“循环基准测试”的发现对于建立量子系统性能标准和加强构建大型实用量子计算机大有帮助;“循环基准测试”可以用于表征和纠正量子系统中的错误,这一方法为测试量子处理器的方式提供了标准化,从而可以公平地比较不同体系结构中的进展。

持续升温的量子竞争

目前量子计算的竞争正在持续升温,云量子计算平台和产品数量也在迅速扩大。仅在过去一个月,微软、IBM、Google 等巨头公司便接连发布公告:微软推出了 Azure quantum,带有三个不同的量子硬件平台;IBM 推出基于 IBM Q 体验的 53 量子比特芯片;谷歌 Quantum AI 凭借自己的 53 量子比特芯片实现了量子霸权。

Quantum Benchmark 首席执行官兼首席科学家 Joseph Emerson 曾表示:由于谷歌最近取得了量子霸权的成就,我们现在正处于“量子发现时代”的黎明。在这个时代,量子计算机可以解决高性能计算机无法解决的问题,然而各量子计算机的真实能力是很难评估的,因为误差对于所有硬件平台来说固有且不可避免。

虽然更大的量子计算机可以执行更加复杂的任务,例如机器学习、模拟复杂的系统以发现新的药物等。但设计更大的量子计算机极具挑战性,随着量子比特的增加和量子系统的扩展,误差路径的频谱也会变得更加复杂。

想要了解任何现有量子计算机对复杂问题的性能,或者通过减少误差来扩展量子计算机,首先需要对影响系统的所有重要误差进行特征描述。而滑铁卢大学的“循环基准测试“,为这一情况提供了新的选择。

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