重要指標：規(guī)模、質量與速度

時間：2022-04-07 20:39:01 | 來源：行業(yè)動態(tài)

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IBM公司使用三大關鍵指標衡量量子計算性能規(guī)模、質量與速度。規(guī)模指標自然就是系統中所容納的實際量子比特數，而且單一2量子比特門操作當中可以容納任意量子比特。

規(guī)模



IBM

量子比特的數量是決定規(guī)模指標的關鍵，也代表著量子計算設備所能處理的任務復雜程度。對量子比特和硬件的擴展當然不可能一蹴而就，這是一項系統且長期的研究工作，往往只能通過微小但重要的漸進式改進實現。

整個過程類似于高性能賽車的持續(xù)改裝。我們不可能指望換一套新輪胎就顯著提高賽道圈速。通過長時間的測試，賽車科學團隊逐步做出多項細小改變，包括油氣混合比、油泵設置、齒輪傳動比、車身空氣動力學、重量分布等等。

IBM的量子比特改進與規(guī)模擴展也是同樣的原理。2019年，藍色巨人通過增強超導約瑟夫森結的可靠性打造出了擁有27個量子比特的Falcon處理器。此外，他們還采取了不同于以往的量子比特晶格排列，借以降低不同量子比特之間的相互干擾。

去年，IBM又發(fā)布了其65量子比特Hummingbird處理器。這款處理器具有量子比特讀出功能，憑借多路讀出復用將值測量操作從每量子比特一條線路、削減至八個量子比特共用一條線路。這項創(chuàng)新為低溫系統節(jié)約下更多空間，也讓此次由65量子比特到127量子比特的巨大提升有了可能。

質量



IBM

IBM設定的質量指標，用于衡量其技術能否在足夠的縱向深度下實現量子電路設計。這項提出于2017年的質量標準正是量子體積，即Quantum Volume，其中綜合考量了量子比特數、量子比特間互連方式、門與測量誤差、設備串擾、電路編譯器效率等因素。量子體積還需要考慮到材料損失及其他潛在缺陷，外加控制與讀出錯誤等問題。

IBM提出的量子體積概念非常重要，也奠定了量子系統任務執(zhí)行速度的現有測試基準。IBM將量子系統的速度定義為每秒電路層操作數（CLOPS）。之所以強調速度，是因為速度更快、質量更高的電路一定能在更短的時間內解決復雜問題。

而在量子體積基準測試確定了電路質量之后，研究人員即可編譯電路并在硬件上運行以核算實際CLOPS。

速度



IBM

通過廣泛研究，IBM開發(fā)出多種方法來提高電路速度，具體包括：

轉為速度更快的高速量子比特操作門。

高保真快速讀出，最大限度縮短量子比特重置與重用所需要的時長。

使用高級控制器元件作為準備寄存器，借此加快下一電路的操作速度、實現10至20微秒的量子比特重置周期，同時達成更好的整體控制效果。在下代方案中，用于模擬氫化鋰分子的高級控制系統將提供更高的讀數質量和更快的量子比特重置性能，有望將每批電路的執(zhí)行時長為1000微秒進一步縮短至70微秒。

Qiskit Runtime將處理速度提升達120倍。經典計算機與量子計算機將在統一的架構中協同運作，該架構會將經典計算資源部署在靠近量子處理器的位置以縮短延遲。本質上，Qiskit Runtime相當于是量子計算版本的容器化服務。在Qiskit Runtime執(zhí)行環(huán)境中運行量子程序，能夠充分發(fā)揮IBM混合云強有力的廣泛工作負載處理能力。