11月30日,IBM宣布开启量子奖项的角逐——开放科学奖(Open Science Prize),此奖将颁发给有能力提供开源解决方案的选手(个人或团队),奖金总额为10万美元(约合人民币66万),比赛注册渠道在文章末尾的参考链接处[2]。

围观IBM开放科学奖,解决量子计算两个问题就给10万美金-量子客
图1|开放科学奖(来源:IBM)

要求是需要采用IBM的量子系统,解决基于超导量子比特的量子计算中两个重要挑战:

一、减少门错误

二、提高电路保真度以为图示态(graph state)作准备

 

开放科学奖

早在2016年5月,所有人都可以使用IBM的第一台量子云计算机时,IBM量子团队的每一个人都欣喜若狂。

如今,一个拥有27.5万注册用户的社区(其中包括世界各地的科学家、软件工程师和学生等),在Qiskit开源软件开发工具包的帮助下,每天在量子计算机上,要执行超过10亿次电路循环,突破了当今量子计算机的极限。

然而,量子技术还属于早期发展阶段时,硬件方面的种种顾虑,一定程度上限制了IBM量子计算机的能力。

如果IBM希望最大限度地发挥量子计算机设备的潜力,那么就需要量子社区助力解决问题,设计出量子计算方法。

所以“开放科学奖”将产生两名(各5万美元,约合人民币33万)获奖者,以奖励其为量子硬件和软件领域提供的最佳解决方案。

 

SWAP门

SWAP门交换两个量子比特的量子态。

第一个问题要求研究人员根据IBM当前在特定IBM设备上的测量结果,将SWAP门的误差减少50%或更多。

在IBM量子处理器上,只有两个相邻的量子比特才能进行交互。但是一些量子电路,例如测量量子体积所需的量子电路,通常需要在非相邻的量子比特之间进行操作。

量子计算机实现这些操作的步骤为,首先使用SWAP门使量子比特的量子态靠近芯片,然后通过最邻近的量子门对这些量子比特进行操作。

围观IBM开放科学奖,解决量子计算两个问题就给10万美金-量子客
图2|量子比特SWAP(来源:StrathWeb)

IBM Quantum Experience[3]的用户将使用Qiskit Pulse来设计他们自己的SWAP门,学习如何最好地克服连通性模拟,以最佳地执行这种最近邻交互,然后使用IBM Quantum提供的Jupyter笔记本记录门的保真度。目标是为了提高目前正在实施的SWAP门的保真度。

如果提出的新SWAP门优于当下正在使用的,那么所有量子算法的性能都将会有所提升,从测量量子体积,到Grover的搜索算法。

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图3|2019年的Qiskit Hackathon-Africa(来源:IBM)

图示态(gragh state)

图示态是一种量子状态,可以用数学图形表示,也可以用线(“边”表示量子比特之间的纠缠)连接的点(“顶点“表示量子比特)来表示。

第二个问题是如何在IBM量子处理器上,增加准备图示态的电路保真度。

IBM使用了一个较为简单的量子电路来实现图示态,其中芯片上的每个量子比特都是一个顶点,每一对相连的量子比特都是一条边。

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图4|量子图示(来源:Wikipedia)

图示态高度依赖于设备的连通性,因为准备图示态的电路,是在两个量子比特之间存在耦合的地方,应用两个量子比特CZ门。通过设备上的错误,应用这些CZ门可以以最佳保真度创建图示态。

图示态的一个关键属性是它使所有的量子比特发生了纠缠,这些纠缠的量子比特对于将来的纠错来说至关重要。

这项挑战的目标是使用相同的基准测试和错误缓解技术,来创建最大的图示态。这些技术也用于改善单个量子门,最终使用IBM提供的Jupyter笔记本,寻找通过稳定器测量所估算出的,最佳保真度图示态。

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图5|Jupyter笔记本(来源:网络)

图示态保真度的提高,与在更大的系统上进行纠错和研究有关。

这些问题的核心可能就在于IBM量子硬件的复杂性,但是IBM认为,无论是应用程序还是软件开发,具有硬件意识是唯一一条最大化量子设备能力的途径,不管其架构如何。

因此,为了所有量子硬件和软件开发人员的利益,IBM以公开竞赛的形式召集参赛作品,希望这一竞赛能带来令人振奋的新合作,并引发有关当今量子硬件能力的探讨。

IBM将在2021年5月4日宣布这次竞赛的获奖者,当天也是IBM投入云计算的五周年纪念日。

 

参考链接:

[1]https://www.ibm.com/blogs/research/2020/11/open-science-prize/?social_post=4261564310&linkId=105879295

[2]https://www.ibmquantumawards.com/#/event

[3]https://quantum-computing.ibm.com/

 

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|编  辑:王嘉雯      |审  校:Sakura