应该如何比较不同的量子计算设备?


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在过去的几年中,大量的设备演示能够执行原理验证,小规模,无容错的量子计算(或噪声中间级量子技术,如何称呼它们)。

在此,我主要指的是由Google,Microsoft,Rigetti Computing,Blatt的小组(可能还有我现在忘记的其他小组)演示的超导和离子阱设备。

这些设备以及将跟随它们的设备通常彼此根本不同(就架构,更容易实现/更难实现的门,量子位数量,量子位之间的连通性,相干性和栅极时间,生成而言)以及读出功能,门保真度(最明显的因素))。

另一方面,在新闻稿和非技术新闻中很常见的说法是:“新的X装置比以前的装置多Y个量子位,因此功能更强大”。

量子位的数量真的是评估这些设备的重要因素吗?还是应该改用其他指标?更笼统地说,是否有“简单”的指标可用于定性地但有意义地比较不同的设备?

Answers:


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我认为答案取决于您为什么要比较它们。诸如量子量之类的东西可能更适合于定义设备开发的进度,而不是完全通知最终用户。

例如,您要购买一台新笔记本电脑,在比较它们时,您可能会使用多个数字。量子处理器也应如此。设备有许多不同方面:量子位数量,连接性,所有不同类型的噪声,测量时间(以及测量结果的反馈是否可行),门操作时间等。所有这些都需要结合起来告诉您您实际上需要知道的一件事:它可以运行您要运行的程序吗?我认为这始终是最相关的比较。但这也是最棘手的。


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这是一个争议很大的话题,我不确定当前您的问题是否有答案。但是,IEEE(电气和电子工程师协会)已提出PAR 7131- 量子计算性能度量标准和性能基准测试标准

该项目的目的是提供一套标准的性能指标和一套标准化的方法,以对各种类型的量子计算硬件和软件的速度/性能进行基准测试,并将这些性能指标与经典计算机中的相同指标进行比较,以便本文档可以确定用于特定应用的量子计算机的速度,可以轻松,可靠地比较计算机的性能。

全面披露我是量子计算标准工作组的现任主席,之所以最初提出该PAR的原因,是因为缺乏针对经典体系结构和相互测试各种量子计算体系结构的文档/标准。您在上面看到的因素

量子位数量,量子位之间的连通性,相干性和门控时间,生成和读出功能,门控保真度

全部包括在内,还有其他几个因素。重要的是,我们还一直在努力使求解器标准化。基准测试中经常被忽略的部分。当将量子架构与经典架构进行比较时,未优化的求解器常常会给量子机带来好处。也就是说,始终优化运行在量子体系结构上的求解器,而不优化运行在经典体系结构上的求解器。这产生了有利于量子体系结构的固有偏差。

如果您有兴趣参与此标准的开发,请告诉我,论点的量子和古典方面参与的人越多,恕我直言就越好。同时,PAR将很快开始工作,并将与其他标准组织协调其工作,以便将来出现没有偏见的单一通用标准,以帮助解决性能和基准问题。


非常有趣,谢谢您的回答。您能否详细说明“标准化求解器”的含义?当您说“求解器”时,您是指编译器,或者换句话说,是进行量子门分解的算法?
glS

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很高兴,“求解器”是指在每个系统上运行的数学代码。可以采用编译器,数学软件,独立程序或软件库的形式。
whurley18年

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正如您所言,虽然量子位的数量应该成为这种度量的一部分,但它还远非一切。

但是,比较两个不同的完全不同的设备(例如超导和线性光学器件)并不是最简单的任务1

因素

询问相干性和门控时间等同于询问保真度和门控时间1。实施难度更大或更容易的大门再次影响了保真度。

初始化速率,量子位/纠缠生成和读取功能(等)将影响整体保真度,以及类似于“我们可以多久(平均)执行一次计算(同时获得足够高的保真度结果,对于某些情况”) “足够高的保真度”)”)。

在架构方面,更多的宏架构(例如qRAM)将具有自己的标准和基准,例如读出时间,“按需读出吗?”。当然,保真。

可以在相同的连接性概念下描述更多的微体系结构。

另一个经常被忽略的指标是所使用的电源/资源。

总体而言,这可能会使此列表的范围略有缩小,但仍然是一个包含大量比较的列表。与使用相同方法的不同设备进行比较甚至没有(在当前的技术水平上)那么简单,具有较高qubit数量的处理器通常具有较低的保真度2

量子体积

2ϵËFF

ññ

V=最大值ññ[ñ1个ϵËFFñ]2

当然,我们希望超越科学的范畴而进入工程领域。为此,我们需要一个标准3。如Whurley的回答所述,目前正在计划中。

但是,由于此类列表之间的任何比较都不是简单明了的,因此总会有更主观的方法,例如Quantum Awesomeness,游戏的享受程度取决于处理器的性能4


1在这种特殊情况下,一个例子是由于光子不会衰减,因此在实现状态不再是理想状态的良好近似之前,必须适应询问时间长度或门数。只是要求保真度或保真度和登机时间

2我至少尝试了这么多,但这并不是最有趣的任务

3第一,与XKCD 927不同

4笔者的意见是,而获得的处理器有多好一个想法,他说,一个处理器比另一个在这样的游戏中更好的一个真棒想法,乐于助人是有点主观的说,如果一个处理器实际上优于另一个


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IBM是促进其量子体积(也参见)想法来量化栅极模型机器的功率与单个数字。在IBM之前,Rigetti曾尝试定义总量子因子。尚不清楚它是否捕获了我们想要的设备对应用程序的有用性。在我看来,诸如量子体积之类的东西在设计时就已经考虑了至高无上的实验。我倾向于认为一个指标应该真正针对特定应用。对于抽样,这项工作建议使用qBAS得分

对于量子退火和类似的模拟方法,社区似乎在解决时间和变体方面达成了共识。再次是相当具体的应用程序。

社区正在努力定义指标,我希望在2018年看到同一问题在不同设备上的实际运行(经验比较)。

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