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量子摩尔定律问世是怎么回事?量子摩尔定律问世具体什么情况?

导读: 量子摩尔定律问世是怎么回事?量子摩尔定律问世具体什么情况?IBM今天宣布量子计算新里程碑:迄今为止最高的量子体积!与此同时,IBM发布了量子性能的“摩尔定律”,宣布其“量子霸权”时间表:为了在10年内实现量子霸权,需要每年将量子体积至少增加一倍。

IBM今天宣布量子计算新里程碑:迄今为止最高的量子体积!与此同时,IBM发布了量子性能的“摩尔定律”,宣布其“量子霸权”时间表:为了在10年内实现量子霸权,需要每年将量子体积至少增加一倍。

量子摩尔定律来了!

在近日召开的 2019 年美国物理学会三月会议上,IBM抛出了这个概念。

在这次会议上,IBM 宣布它最新型的量子计算机、今年 1 月在 CES 上亮相的全球首台商用量子计算一体机IBM Q System One 提供了 “迄今为止最高的量子体积”。

“量子体积”(Quantum Volume) 是 IBM 提出的一个专用性能指标,用于测量量子计算机的强大程度,其影响因素包括量子比特数、门和测量误差、设备交叉通信、以及设备连接和电路编译效率等。

因此,量子体积越大,量子计算机的性能就越强大,能够解决的实际问题就越多。

重要的是,IBM 发现量子体积遵循一种 “摩尔定律”:其量子计算机实现的量子体积,每年增加一倍:

2017 年 IBM 的 Tenerife 设备 (5-qubit) 已经实现了 4 量子体积;2018 年的 IBM Q 设备 (20-qubit),其量子体积是 8;2019 年最新推出的 IBM Q System One(20-qubit),量子体积达到 16.

也就是说,自 2017 年以来,IBM 每年将量子体积翻了一番。

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这种倍增与摩尔定律非常相似。摩尔定律由英特尔创始人之一的戈登摩尔提出,即:

集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔两年便会增加一倍

IBM还制定了一个雄心勃勃的时间表:为了在 2020 年代实现量子霸权,我们需要每年至少增加一倍的量子体积!

量子体积是什么?

IBM 在博客上发布了对 System Q One 的几个模型测试结果的概述。

当然,重点的测量指标是 “量子体积”,团队还发表了一篇论文,详细描述了这个指标以及如何计算。

在论文中,他们指出,新的度量标准 “量化了计算机成功实现的最大宽度和深度相同的随机电路”,并指出它还与错误率密切相关。

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除了提供迄今为止最高的量子体积之外,IBM Q System One 的性能还反映了 IBM 所测量到的最低错误率,平均 2-qubit gate 的错误率小于 2%,其最佳 gate 的错误率小于1%。

低错误率很重要,因为要想构建功能完备、大规模、通用、容错的量子计算机,需要较长的相干时间和较低的错误率。

量子体积是衡量量子霸权 (Quantum Advantage, 又称量子优势) 进展的一个基本性能指标,在这一点上,量子应用程序带来了超越经典计算机本身能力的重大、实际的好处。

接下来,详细阐述“量子体积”的概念和意义。

IBM对 Q System One进行了详细的基准测试,并在博客中公布IBM Q Network系统“Tokyo”和“Poughkeepsie”以及公开发布的IBM Q Experience系统“Tenerife”的一些性能数据。

特定量子计算机的性能可以在两个层面上表示:与芯片中基础量子位相关的度量,我们称之为“量子器件”,以及整体系统性能。

下表比较了四个最近的IBM Q系统中量子器件的基本指标:

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IBM Q System One的性能可以体现在测得的一些最优性能/最低错误率数字中。平均两个量子比特门误差小于2%,最佳门错误码率小于1%。

IBM的设备基本上受到相干时间的限制,对于IBM Q System One来说平均为73μs。

平均两比特率误差率在相干极限的两倍之内(1.68倍),该极限即由量子位T1和T2设定的理论极限(IBM QSystem One平均为74μs和69μs)。这表明IBM的控件引起的误差非常小,已经接近该器件上最高的量子比特保真度。

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