다른 양자 컴퓨팅 장치를 어떻게 비교해야합니까?

지난 몇 년 동안, 원리의 증거를 수행 할 수있는 장치의 시위 박차가 있었다, 소규모가 아닌 결함 허용 양자 계산 (또는 시끄러운 중급 규모 양자 기술, 어떻게 그들이 언급되었다 ).

이것으로 나는 구글, 마이크로 소프트, 리게티 컴퓨팅, 블랏 그룹 (그리고 아마도 내가 지금 잊어 버린 다른 것들)과 같은 그룹들이 보여준 초전도 및 이온 트랩 장치를 주로 언급하고있다.

이 장치들과 그것들을 따르는 장치들은 종종 서로 근본적으로 다릅니다 (아키텍처, 구현하기가 더 어렵거나 어려운 게이트, 큐 비트 수, 큐 비트 간의 연결성, 일관성 및 게이트 시간, 생성 측면에서) 그리고 가장 확실한 요소를 언급하는 판독 기능, 게이트 충실도).

다른 한편으로, 보도 자료와 비 기술적 뉴스에서는 "새로운 X 장치가 이전보다 Y 큐 비트가 더 많으므로 훨씬 강력합니다"라고 말하는 것이 일반적입니다.

큐 비트의 수가 실제로 이러한 장치를 평가하는 데 중요한 요소입니까? 아니면 다른 측정 항목을 사용해야합니까? 보다 일반적으로 질적으로 (그러나) 의미있게 다른 장치를 비교하는 데 사용할 수있는 "간단한"메트릭이 있습니까?

I think the answer depends on why you are comparing them. Things like the quantum volume, are perhaps better suited to defining progress in the development of devices rather than fully informing end users.

예를 들어, 새 랩톱을 구입하는 경우 비교할 때 하나 이상의 숫자를 사용할 수 있습니다. 양자 프로세서의 경우에도 마찬가지입니다. 장치에는 큐 비트 수, 연결성, 모든 다른 유형의 노이즈, 측정 시간 (측정 결과의 피드백이 가능한지 여부), 게이트 작동 시간 등 여러 가지 측면이 있습니다. 당신이 실제로 알아야 할 한가지를 말해라 : 당신이 실행하고자하는 프로그램을 실행할 수 있는가? 즉, 항상 가장 적절한 비교가 될 것이라고 생각합니다. 그러나 그것은 또한 가장 까다 롭습니다.

이것은 매우 논란의 여지가있는 주제이며 현재 귀하의 질문에 대한 답변이 확실하지 않습니다. 그러나 IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)는 PAR 7131- Quantum Computing Performance Metrics & Performance Benchmarking 표준을 제안했습니다 .

이 프로젝트의 목적은 다양한 유형의 양자 컴퓨팅 하드웨어 및 소프트웨어의 속도 / 성능을 벤치마킹하는 표준화 된 성능 메트릭 및 표준화 된 방법론을 제공하고 이러한 성능 메트릭을 기존 컴퓨터의 동일한 메트릭과 비교하여 이 문서는 특정 응용 프로그램에 대한 양자 컴퓨터의 속도가 컴퓨터 성능을 쉽고 확실하게 비교할 수 있는지 결정할 수 있습니다.

전체 공개 본인은 현재 Quantum Computing Standards Workgroup의 의장이며이 PAR이 원래 제안 된 이유는 다양한 양자 컴퓨팅 아키텍처를 고전적인 아키텍처와 서로 비교하여 테스트하는 데 필요한 문서 / 표준이 없기 때문입니다. 위에서 본 요인

큐 비트 수, 큐 비트 간의 연결성, 일관성 및 게이트 시간, 생성 및 판독 기능, 게이트 충실도

몇 가지 다른 요소가 포함되어 있습니다. 중요하게도 우리는 또한 솔버를 표준화하는 방법을 연구했습니다. 벤치마킹에서 종종 간과되는 구성 요소. 최적화되지 않은 솔버는 양자 아키텍처를 고전 아키텍처와 비교할 때 양자 시스템에 종종 유리합니다. 즉, 양자 아키텍처에서 실행되는 솔버는 항상 고전 아키텍처에서 실행되는 솔버가 아닌 곳에 최적화됩니다. 이것은 양자 구조에 유리한 고유 한 편견을 만듭니다.

이 표준의 개발에 관심이 있다면, 양자의 측면과 고전적인 측면 모두에서 더 많은 사람들이 참여할수록 더 나은 imho를 알려주십시오. 그 사이에 PAR은 곧 작업을 시작하고 다른 표준 조직과의 노력을 조정하여 편향이없는 단일 공통 표준이 출현하여 향후 성능 및 벤치마킹 문제를 해결하는 데 도움이 될 것입니다.

큐 비트의 수 는 이러한 메트릭의 일부 여야하지만 , 모든 것과는 거리가 멀습니다.

그러나 완전히 다른 두 장치 (예 : 초전도 및 선형 광학)를 비교하는 것이 가장 간단한 작업은 아닙니다 ¹ .

요인

일관성과 게이트 시간을 묻는 것은 충실도와 게이트 시간을 묻는 것과 같습니다 ¹ . 어렵거나 구현하기 쉬운 게이트는 충실도에 다시 영향을 미칩니다.

초기화 속도, 큐 비트 / 엉킴 생성 및 판독 기능 등은 전체 정확도에 영향을 미치며, '빈도 (평균)'와 유사한 방식으로 계산을 수행 할 수 있습니다 (일부는 충실도가 높은 결과를 얻는다). '충분한 충실도'에 대한 아이디어) ').

아키텍처 측면에서 더 많은 매크로 아키텍처 (예 : qRAM)는 판독 시간과 같은 자체 표준 및 벤치 마크를 갖습니다. 물론 충실도.

더 많은 마이크로 아키텍처는 동일한 연결 개념으로 설명 될 수 있습니다.

종종 무시되는 또 다른 지표는 사용 된 전력 / 자원입니다.

전반적으로이 목록은이 목록을 약간 좁힐 수 있지만 여전히 상당한 양의 비교가 필요한 목록입니다. 동일한 방법을 사용하는 다른 장치를 비교하는 것 (현재 기술 수준에서)만큼 간단하지는 않지만, 더 많은 수의 큐빗을 가진 프로세서는 종종 낮은 충실도를 갖습니다 ² .

양자 양

고맙게도 IBM의 일부 사람들은 위의 내용을 사용하고 (사용 된 전력 및 아키텍처 제외) '큐 비트 수'보다 조금 더 유용한 것을 정의하여이를 퀀텀 볼륨 이라고합니다 . 이에 서 무작위 쌍의$2$ 큐비 트는 먼저 효과적인 오류율을 정의합니다. $\epsilon_{eff}$그렇지 않으면 완벽한 시스템에서 어떤 게이트 오류가 필요한지 고려하여 장치와 동일한 오류를 제공합니다. 이를 위해서는 낮은 연결성을 위해 SWAP를 사용해야하고 구현 가능한 게이트 수가 적은 경우 Solovay-Kitaev-esque 방법을 사용해야합니다. 시스템에 "빠른 측정 및 피드백"및 기타 적절한 방법이있는 경우 순간 이동을 사용하여이 문제를 해결합니다.

총 큐 비트 수 $n$ '활성 큐 비트'수를 최대화하고 $n'$양자 부피는

물론 우리는 과학의 관점을 넘어 공학으로 나아가고 싶습니다. 이를 위해서는 표준 ^3이 필요합니다 . 이것은 Whurley의 답변에 자세히 설명 된대로 현재 계획 중 입니다.

이러한 목록 사이의 비교가 간단하지 않을 그러나, 같은, 항상 주관적인 방법이 양자의 awesomeness 게임의 즐거움이 프로세서가 얼마나 좋은에 따라, ⁴ .

^{이 특별한 경우에, 하나의 예는 광자가 탈선되지 않기 때문에 실현 된 상태가 더 이상 이상적인 상태에 대한 근사치가되기 전에 시간의 길이 또는 게이트 수에 대해 묻는 데 적용되어야한다. 충실도 또는 충실도 및 게이트 시간을 요구하고 있습니다.}

^{2 나는 이것을 많이 시도했지만 이것조차도 가장 재미있는 작업은 아닙니다.}

^{3 XKCD 927 과 달리 첫 번째}

^{4 저자의 의견은 프로세서가 얼마나 좋은지에 대한 훌륭한 아이디어와 아이디어를 얻는 데 도움이되지만, 그러한 게임에서 하나의 프로세서가 다른 프로세서 보다 낫다 는 것은 프로세서가 실제로 어떤 프로세서 보다 더 나은지 알기 에는 너무 주관적이라는 것입니다. 다른}

IBM들이 추진하고 양자 볼륨을 (또한 볼 이 하나의 번호로 게이트 모델 기계의 힘을 정량화하는 생각을). IBM 이전에는 Rigetti에서 총 양자 계수 를 정의하려는 시도가있었습니다 . 응용 프로그램 용 장치의 유용성 측면에서 원하는 것을 캡처하는지 확실하지 않습니다. 양자 부피와 같은 것들은 우월한 실험을 염두에두고 설계되었습니다. 메트릭이 실제로 응용 프로그램에만 적용되어야한다고 생각하고 있습니다. 샘플링을 위해이 작업 은 qBAS score 사용을 제안했습니다 .

양자 어닐링 및 유사한 아날로그 접근법의 경우, 커뮤니티가 해결 시간에 동의하는 것 같습니다 및 변형 . 다시 한 번 꽤 응용 프로그램 사양.

커뮤니티는 메트릭을 정의하기 위해 노력하고 있으며 2018 년에는 다른 장치에서 동일한 문제의 실제 실행을 볼 것으로 예상됩니다 (임시 비교).