​6月18日,霍尼韦尔官宣“地表最强”量子计算机,但数据上除了知道其量子体积为64,以及性能是上一代量子计算机两倍之外,并未公布更多细节,多数人一脸蒙圈!半信半疑。

量子客收到很多关于询问霍尼韦尔量子计算机相关性能参数的邮件和信息,咨询其保真度是多少?相干时间是多久?量子比特数是多少等问题。今天可以一起探讨下了!

接下来,笔者将详细的介绍一下这个号称全球最强量子计算机到底具有哪些过人之处。

以下列出的相关内容是该设备的详细参数。

全球最强量子计算机,到底强在哪儿?附参数详解-量子客

提及霍尼韦尔“地表最强”量子计算机,不得不提及一个词:量子体积(Quantum Volume,以下简称QV)。其“地表最强”一词就用了QV度量标准。

QV是由IBM制定的与硬件无关的量子设备的性能度量标准,不仅考虑量子比特的数量,还要考虑量子比特的连通性,门的测量误差,相干时间的增加,设备串扰的减少,以及软件对线路编译效率的改进等。

 

全球最强量子计算机,到底强在哪儿?附参数详解-量子客
图1 | IBM量子体积度量维度 (来源:IBM)

 

该度量标准综合了多个维度,已得到业界的广泛认可,其QV的大小代表了量子计算机解决问题的能力,随着QV的增加,量子计算机解决真正复杂问题的能力则越强。

当前IBM实现的最高性能的量子计算机的QV才达到32,霍尼韦尔的HØ设备却达到了64-QV,除了量子体积是IBM当前的2倍外,不得不提的一个便是其所采用的技术栈。

霍尼韦尔的量子计算机采用了离子阱技术,离子阱技术的优点是具有较长的相干时间 ,有较高的制备和读出量子比特的效率,而且可以在室温下运行(虽然要用真空但是不用大型冷却装置),极大的降低了成本,因此离子阱量子计算机被业界寄予厚望。

 

全球最强量子计算机,到底强在哪儿?附参数详解-量子客
​图2 | 激光操作量子比特 (来源:Cnet)
 

另外,HØ系统的连通性实现了全连接(Full Connectivity )。所谓连通性是指量子计算机中可以两两纠缠的量子比特对。全连接意味着任何量子比特都可以与任何其他量子比特直接交互,而无需中间量子比特交互。而当前,一些硬件设备只能在物理上彼此相邻的量子比特对上运行。

因此,由于全连接的性质,HØ系统可以实现更深的量子线路和更高级的算法,从而以更少的步骤解决问题,并充分利用量子比特有限的相干时间。

HQ系统还实现了一个独特的功能,即实现中间(量子)线路测量(Mid-circuit Measurement),它允许在量子线路末端以外的其他位置选择性地测量量子比特。测得量子信息的量子比特坍塌为经典状态(0或1),但是未测出的量子比特则保留其量子状态。根据测得的量子信息,用户可以决定在线路中进一步采取什么措施。

而量子比特一旦被测量,就可以将其重新初始化并整合到量子线路中,以重新用于其他操作。HQ系统利用此功能,便可以实现用较少数量的量子比特对较大的系统建模。

 

全球最强量子计算机,到底强在哪儿?附参数详解-量子客
图3 | 霍尼韦尔量子计算机 (来源:Honeywell)

 

除此之外,HØ系统还实现了高分辨率旋转(High-resolution Rotations),其可以使用基于激光的门来实现单量子比特门操作中的精确旋转,而不需要进行多步复合操作来产生相同的旋转角度。这样可以在线路深度范围内提高操作效率。

现在,你是否对这个“地表最强”的量子计算机HØ系统有了一个更深入的了解?可否是徒有虚名呢?

 

参数说明


量子体积(Quantum Volume)

由IBM制定的关于量子设备的性能度量标准,不仅考虑量子比特的数量,还要考虑量子比特的连通性,门的测量误差,相干时间的增加,设备串扰的减少,以及软件对线路编译效率的改进等。随着量子体积的增加,量子计算机解决真正复杂问题的能力则越强。限制保真度(Typical Limiting Fidelity)对于保真度,数字越高越好。系统的限制保真度量化了得到正确答案的概率。

 

相干时间(Coherence Time)

指量子比特保持其叠加状态的持续时间长短。其退相干时间越长,则运行效率越高。在进行量子计算实验时,所有的量子操作要在量子退相干之前完成,才能保证量子操作的保真度。量子比特中相干性的丧失,导致量子比特的叠加态坍缩为经典态,这可能是由于有意测量量子比特,也可能是由于系统中的噪声或故障所导致。

 

全连接 (Full Connectivity )

全连接是量子计算机连通性定义中的一种形式,全连接意味着任何量子比特都可以与任何其他量子比特直接交互,而无需借助中间量子比特。而一些硬件则只能在物理上彼此相邻的量子比特对上进行交互。因此,全连接可以实现更深的量子线路和更高级的算法,从而以更少的步骤解决问题,并充分利用量子比特有限的相干时间。

 

中间线路测量(Mid-circuit Measurement)

中间线路测量是一项独特的功能,它允许在量子线路末端以外的其他位置选择性地测量量子比特。被测得量子信息的量子比特坍塌为经典状态(0或1),但是未测出的量子比特保留其量子状态。根据测得的量子信息,用户可以决定在线路中进一步采取什么措施。而量子比特一旦被测量,就可以将其重新初始化并重新整合到量子线路中,以重新用于其他操作。这样,可以用较少数量的量子比特对较大的系统建模。

 

高分辨率旋转(High-resolution Rotations)

霍尼韦尔系统模型HØ使用基于激光的门来实现单量子比特门操作中的精确旋转,而不需要进行多步复合操作来产生相同的旋转角度。这样可以在线路深度范围内提高操作效率。

 

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作者 |  何奎林       审核 |  Greywheat