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滑铁卢大学,量子计算标准化达新里程碑

编辑:Sakura
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据悉,滑铁卢大学的研究人员已经开发出一种方法,为建立量子计算机性能测量的通用标准铺平道路。这种新方法被称为循环基准测试(Cycle benchmarking),它允许研究人员评估可伸缩性的潜力,并将一个量子平台与另一个量子平台进行比较。
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滑铁卢大学数学系和量子计算研究所的助理教授Joel Wallman提到,这一发现对于建立性能标准,以及加强建造一台大规模、实用的量子计算机有很大帮助。“量子系统中表征和纠正错误的一致性方法为量子处理器的评估方式提供了标准化,从而允许公平的去比较不同技术结构的进展。”
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循环基准测试提供了一个解决方案,帮助量子计算用户确定竞争硬件平台的相对价值,并提高每个平台为其感兴趣(业务相关)的应用程序提供强有力的解决方案能力。
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随着全球量子计算竞赛的迅速升温,以及云量子计算平台和产品的数量迅速增加,仅在过去一个月,微软、 IBM 和谷歌就发布了重大声明,他们在量子计算领域的成就,这也预示着量子计算这一突破性进展即将来了。(量子客分别有报道,参考文末)
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滑铁卢大学,量子计算标准化达新里程碑
(来源:https://uwaterloo.ca/,滑铁卢大学量子计算研究所)
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滑铁卢大学的研究人员给出的这种方法,可以在任何给定的量子计算应用程序下,对应用程序通过随机编译实现时的总错误概率来确定。这意味着循环基准提供了第一个跨平台的方法,用于检测和比较量子处理器的能力,当然,量子处理器是根据用户感兴趣的应用程序定制的。
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  滑铁卢大学的Joseph Emerson提到,得益于谷歌最近取得了量子优势(Quantum supremacy),整个产业正处于他所说的‘量子破土的前夕’。这意味着容易出错的量子计算机将为特殊有趣的计算问题提供解决方案,而这些解决方案高质量的结果,是高性能计算机无法验证的。令人感到兴奋的是,循环基准测试在为改进和验证量子计算解决方案提供了急需的测试方法。
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Emerson和Wallman 创立了 IQC 衍生品 Quantum Benchmark inc. ,该公司已将这项技术授权给几家世界领先的量子计算供应商,其中包括声名在外的谷歌的 Quantum AI 项目。
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回到本源问题,应该感激量子力学,使得量子计算机从根本上提供了一种更强大的计算方式。在与传统计算机或数字计算机相比的时候,量子计算机可以更有效地解决某类特殊型问题。在量子客很多文章里都有提到,量子计算机的基本处理单元量子比特非常脆弱,系统中的小小缺陷或噪声源都可能引起误差,导致在量子计算下得到不正确的解。
 .滑铁卢大学,量子计算标准化达新里程碑
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而当下,仅仅控制两个量子比特就能呈现一台小型量子计算机,这是量子计算征程计划的关键第一步。况且像谷歌已经在53位量子比特计算机上开创了量子优势的卓越工作,科研人员深刻意识得到,在后期逐步升级过程中,更大的量子计算机系统将能够执行越来越复杂的任务,比如机器学习或者模拟复杂系统来发现新的物质,新药物等,这是一个非常合理的推理。但是设计一个更大的量子计算机是极具挑战性的,随着量子比特的增加和量子系统的扩展,误差将变得更大,更多的问题随之而来,当然,这本身就是其值得玩味的地方。
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描述一个会产生噪声和错误的量子系统的完整轮廓,需让量子处理器执行任务或计算,为了了解任何现有的量子计算机在处理复杂问题时的性能,或者通过减少误差来扩大量子计算机的容量,首先需要确定的是影响系统的所有粗大误差
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Wallman, Emerson 和因斯布鲁克大学( University Innsbruck)的一组研究人员确定了一种评估影响量子计算机的所有错误率的方法。他们在因斯布鲁克大学的离子阱量子计算机上实现了这项新技术,并发现错误率不会随着量子计算机尺寸的增大而增加,这是一个非常有希望的结果
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Wallman告诉记者,循环基准测试是第一种可靠地检查你是否在量子计算机整体设计的正确轨道上,测试结果意义重大,因为它们提供了一种全面的方法来描述所有量子计算平台的误差。
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该论文“Characterizing large-scale quantum computers via cycle benchmarking”发表在《自然通信》杂志上。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-13068-7

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文章来源:微信公众号量子客(ID : Qtumist)
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