围观IBM开放科学奖，解决量子计算两个问题就给10万美金

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]。

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。

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。

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。

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。

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：

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｜编辑：王嘉雯｜审校：Sakura

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