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量子標準化的里程碑:滑鐵盧大學提出循環基準測試,評測量子系統性能


滑鐵盧大學新聞消息,滑鐵盧大學的研究人員開發出一種方法,可以建立用於測量量子系統性能的通用標準,這種被稱為“循環基準測試”的新方法,能夠使研究人員評估量子計算機可擴展性的潛力,並實現量子平台之間的性能比較。目前,“循環基準測試”的相關論文已經在《Nature Communications》上發表。

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滑鐵盧大學量子計算研究所

滑鐵盧數學和量子計算研究所的助理教授Joel Wallman表示,“循環基準測試”的發現對於建立量子系統性能標準和加強構建大型實用量子計算機大有幫助;“循環基準測試”可以用於表徵和糾正量子系統中的錯誤,這一方法為測試量子處理器的方式提供了標準化,從而可以公平地比較不同體系結構中的進展。

據論文介紹,當前面向實用量子計算的主要挑戰在於表徵並減少算法在大規模處理器上運行期間所累積的各種錯誤,而現在的表徵技術並不能適當地解決包括串擾和其他相關噪聲源在內所造成的大量潛在誤差。

滑鐵盧大學的研究人員聲稱,“循環基準測試”是一種嚴格的、可擴展的協議,它能夠用於表徵跨多量子比特量子處理器的局部和全局誤差。研究人員通過在離子阱量子計算機上對非糾纏和糾纏操作的誤差進行量化,並在實驗中證明了“循環基準測試”的實用性,多量子位糾纏門的總處理保真度範圍為2量子比特的99.6(1)%至10量子比特的86(2)%。此外,“循環基準測試”的數據驗證了每一個單量子比特門和每兩個量子比特耦合的錯誤率不會隨著系統的增加而增加。

概括來說,“循環基準測試”提供了一種跨不同量子比特平台的方法,用於測量和比較各種定制量子處理器的性能。

持續升溫的量子競爭

目前量子計算的競爭正在持續升溫,雲量子計算平台和產品數量也在迅速擴大。僅在過去一個月,微軟、IBM、Google等巨頭公司便接連發佈公告:微軟推出了Azure quantum,帶有三個不同的量子硬件平台;IBM推出基於IBM Q體驗的53 量子比特芯片;谷歌Quantum AI憑藉自己的53 量子比特芯片實現了量子霸權。

Quantum Benchmark首席執行官兼首席科學家Joseph Emerson曾表示:由於谷歌最近取得了量子霸權的成就,我們現在正處於“量子發現時代”的黎明。在這個時代,量子計算機可以解決高性能計算機無法解決的問題,然而各量子計算機的真實能力是很難評估的,因為誤差對於所有硬件平台來說固有且不可避免。

雖然更大的量子計算機可以執行更加複雜的任務,例如機器學習、模擬複雜的系統以發現新的藥物等。但設計更大的量子計算機極具挑戰性,隨著量子比特的增加和量子系統的擴展,誤差路徑的頻譜也會變得更加複雜。

想要了解任何現有量子計算機對複雜問題的性能,或者通過減少誤差來擴展量子計算機,首先需要對影響系統的所有重要誤差進行特徵描述。而滑鐵盧大學的“循環基準測試“,為這一情況提供了新的選擇。