在五家不同供應(yīng)商的芯片上進(jìn)行的一項新的基準(zhǔn)測試表明，隨著量子計算機(jī)變得更加先進(jìn)和有用，我們?nèi)绾魏饬縌PU的性能。
一項新的量子計算基準(zhǔn)測試揭示了幾個量子處理單元（QPU）的優(yōu)缺點。
由德國Jülich研究中心的一個團(tuán)隊領(lǐng)導(dǎo)的基準(zhǔn)測試，比較了來自五家供應(yīng)商（包括IBM、Quantinuum、IonQ、Rigetti和IQM）的19種不同的QPU，以確定哪些芯片在高性能計算（HPC）方面更穩(wěn)定可靠。
這些量子系統(tǒng)在不同的“寬度”（量子比特的總數(shù)）和2量子比特門的不同“深度”下進(jìn)行了測試。門是同時作用于兩個糾纏量子比特的操作，深度測量電路的長度 —— 換句話說，它的復(fù)雜性和執(zhí)行時間。
IBM的QPU在深度方面表現(xiàn)出最大的優(yōu)勢，而Quantinuum在寬度類別（測試了大量量子位）中表現(xiàn)最佳。IBM的QPU在迭代過程中也表現(xiàn)出了顯著的性能提升，特別是在早期的Eagle和最近的Heron芯片之間。
2月10日發(fā)布在預(yù)印本arXiv數(shù)據(jù)庫上的一項研究概述了這些結(jié)果，表明性能的提高不僅歸功于更好、更高效的硬件，還歸功于固件的改進(jìn)和分?jǐn)?shù)門的集成 —— Heron上可用的定制門可以降低電路的復(fù)雜性。
然而，被稱為IBM Marrakesh的最新版本的Heron芯片并沒有表現(xiàn)出預(yù)期的性能改進(jìn)，盡管與計算巨頭IBM之前的QPU IBM Fez相比，每層門（EPLG）的誤差減少了一半。
超越經(jīng)典計算
規(guī)模較小的公司也獲得了相對較大的收益。重要的是，一個量子芯片以56個量子比特的寬度通過了基準(zhǔn)測試。這很重要，因為它代表了量子計算系統(tǒng)在特定環(huán)境下超越現(xiàn)有經(jīng)典計算機(jī)的能力。
研究人員在他們的預(yù)印本研究中寫道：“在量子H2-1的情況下，50和56量子位的實驗已經(jīng)超過了HPC系統(tǒng)精確模擬的能力，結(jié)果仍然是有意義的?！?/p>
具體來說，Quantum H2-1芯片產(chǎn)生了56個量子位的結(jié)果，運行了三層線性斜坡量子近似優(yōu)化算法（LR-QAOA） —— 一種基準(zhǔn)算法 —— 涉及4620個雙量子位門。
科學(xué)家在研究中說：“據(jù)我們所知，這是QAOA在真實量子硬件上解決FC組合優(yōu)化問題的最大實現(xiàn)，被證明比隨機(jī)猜測的結(jié)果更好。”
IBM的Fez在測試系統(tǒng)的最深處管理問題。在一個包含100量子位問題的測試中，F(xiàn)ez使用了多達(dá)10000層的LR-QAOA（近100萬個雙量子位門），直到接近300層的標(biāo)記，F(xiàn)ez才保留了一些相干信息。測試中表現(xiàn)最差的QPU是來自Rigetti的Ankaa-2。
該團(tuán)隊開發(fā)了基準(zhǔn)來衡量QPU執(zhí)行實際應(yīng)用的潛力。考慮到這一點，他們試圖設(shè)計一個具有清晰、一致規(guī)則的測試。該測試必須易于運行，與平臺無關(guān)（因此它可以在盡可能廣泛的量子系統(tǒng)范圍內(nèi)工作），并提供與性能相關(guān)的有意義的指標(biāo)。
他們的基準(zhǔn)是圍繞一個叫做MaxCut問題的測試建立的。它呈現(xiàn)一個具有多個頂點（節(jié)點）和邊（連接）的圖，然后要求系統(tǒng)將節(jié)點分成兩個集合，使兩個子集之間的邊數(shù)最大。
科學(xué)家們在論文中說，這是一個有用的基準(zhǔn)，因為它在計算上非常困難，而且可以通過增加圖的大小來擴(kuò)大難度。
當(dāng)結(jié)果達(dá)到完全混合狀態(tài)時，即與隨機(jī)采樣器的結(jié)果無法區(qū)分時，系統(tǒng)被認(rèn)為測試失敗。
計算機(jī)科學(xué)家補(bǔ)充說，因為基準(zhǔn)測試依賴于一個相對簡單和可擴(kuò)展的測試協(xié)議，并且可以用小樣本集產(chǎn)生有意義的結(jié)果，所以運行起來相當(dāng)便宜。
新的基準(zhǔn)并非沒有缺陷。例如，性能依賴于固定的時間表參數(shù)，這意味著參數(shù)是預(yù)先設(shè)置的，而不是在計算過程中動態(tài)調(diào)整的，這意味著它們無法優(yōu)化?？茖W(xué)家們建議，除了他們自己的測試外，“應(yīng)該提出不同的候選基準(zhǔn)，以捕捉表現(xiàn)的基本方面，其中具有最明確規(guī)則和效用的最佳基準(zhǔn)將被保留?！?/p>
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