科普:如何衡量一台量子计算机的能力?

2020-03-27 13:35:52
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衡量一台量子计算机的能力,需要一种能够概括复杂操作的测量方法。量子体积是一种可以用于度量既定量子计算机有效性的指标。

衡量一台量子计算机的能力,需要一种能够概括复杂操作的测量方法。

量子体积是一种可以用于度量既定量子计算机有效性的指标。

目前业内各种量子硬件平台有着一系列不同的性能指标,即便对专家而言,也难以辨别各种量子计算机的整体性能。因此,IBM提出的量子体积这样简单的度量指标很有必要。

霍尼韦尔量子解决方案首席科学家Patty Lee博士表示:“量子计算机的量子体积越大,那么它就可以处理越复杂的问题。我们将要发布的量子计算机所能执行的量子电路规模要大于目前业内任何其它量子计算机。”

霍尼韦尔将在2020年年中发布的量子计算机,其量子体积将至少达到64。

“它代表的是量子比特的质量,” Moor Insights资深量子计算分析师Paul Smith-Goodson说。Moor Insights & Strategy为包括霍尼韦尔在内的业内诸多高科技公司提供分析、建议和咨询服务

“它代表了霍尼韦尔在量子计算机设计方面所取得的卓越成就。”

如何计算量子体积

多种因素和复杂的计算决定了量子体积。

其中一个因素就是量子计算机中的量子比特数量。量子比特是利用量子物理的计算比特。

其它因素还包括用于计算的量子操作中的错误率、系统中量子比特之间的关联性和串扰、以及执行操作的编译器的性能。

与立方体的体积不同,量子体积并不是以简单的乘法来进行衡量的,而是需要执行一套复杂的统计检验。

下面是量子体积指标的主要组成部分:

1. 量子比特的数量

最简单的量化方法是量子计算机中的物理量子比特数量。

在传统计算机中,比特状态有“0”或者“1”。

但是在量子计算机中,量子比特状态可以是“0”或“1”,也可以同时是“0”和“1”。

这就是量子物理的叠加特性。

量子比特的数量很重要,因为它们是量子计算机的基本要素。但是为了确定量子计算机的完整性能,我们还需要考虑另外两个因素。

2.错误率

就像打高尔夫一样,错误率总是越低越好。系统的极限错误率量化了其给出错误结果的频率。

错误率包含了可能不会出现在单个量子比特中的系统性错误。

总体错误率对于确定计算的准确率而言非常重要。

3. 量子比特的关联性

最后,关联性也是决定量子体积的重要因素之一。

关联性决定了量子计算机中哪些量子比特对可以被纠缠在一起。有些硬件可以直接将系统中的任意两个物理量子比特纠缠到一起进行操作。其它硬件则只能对相邻的量子比特对进行操作。

当量子比特完全关联之后,它们就能更高效地执行算法,以更少的步骤解决问题,并且充分利用量子比特有限的相干时间。

随着量子体积的增大,人们可以更快地使用量子计算机解决真正复杂的问题。

“这意味着我们可以通过量子计算做到更多过去遥不可及的事情,”分析师Smith-Goodson说。

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