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  • 量子摩尔定律问世 量子体积每年翻番10年内实现量子霸权

    来源:www.honkerbase.com 发布时间:2020-03-22

    小发猫宣布量子计算的新里程碑:迄今为止最高的量子体积!与此同时,小发猫发布了量子性能的“摩尔定律”,宣布其“量子霸权”时间轴:为了在10年内实现量子霸权,每年都要量子。音量至少翻倍。量子摩尔定律在这里!在最近的1919年3月美国物理学会会议上,小发猫提出了这个概念。

    在这次会议上,小发猫发布了其最新的量子计算机,这是世界上第一台商用量子计算机器,小发猫Q System One,于今年1月在CES上首次亮相,提供了“迄今为止最高的量子计量”。

    Quantum Volume是小发猫为测量量子计算机的功能而提出的专用性能指标。影响因素包括量子位计数,门控和测量误差,器件交叉通信,器件连接和电路编译效率。等待。

    因此,量子体积越大,量子计算机的性能越强,可以解决的实际问题就越多。

    重要的是,小发猫发现量子体积遵循“摩尔定律”:量子计算机实现的量子体积每年翻倍:

    2017年,小发猫的Tenerife设备(5-qubit)已达到4个量子体积;

    2018年的小发猫Q设备(20-qubit)的量子量为8;

    2019年最新的小发猫Q System One(20-qubit)量子体积为16。

    换句话说,自2017年以来,小发猫每年的量子产量翻了一番。

    这种乘法与摩尔定律非常相似。摩尔定律由英特尔创始人之一戈登摩尔提出,即:

    可以容纳在集成电路上的晶体管数量每两年增加一倍

    小发猫还制定了一个雄心勃勃的时间表:为了在2020年实现量子霸权,我们每年至少需要将量子量增加一倍!

    量子体积是多少?

    小发猫在博客上发布了System Q One的几个模型测试结果的概述。

    当然,关键的衡量指标是“量子体积”。该团队还发表了一篇详细说明该指标及其计算方法的论文。

    在论文中,他们指出新的度量“以与计算机成功实现的最大宽度和深度相同的方式量化随机电路”,并指出它也与错误率密切相关。

    除了提供有史以来最高的量子容量之外,小发猫Q System One的性能反映了小发猫测量的最低错误率,平均2-qubit门错误率小于2%,最佳门错误率小于1 %。

    低错误率非常重要,因为构建功能齐全,大规模,通用,容错的量子计算机需要更长的一致性时间和更低的错误率。

    量子体积是衡量量子优势(也称量子优势)进度的基本性能指标。在这一点上,量子应用带来了超越传统计算机功能的重要和实用的好处。

    接下来,详细阐述了“量子体积”的概念和意义。

    小发猫对Q System One进行了详细的基准测试,并在博客中发布了小发猫Q Network系统“Tokyo”和“Poughkeepsie”以及已发布的小发猫Q Experience系统“Tenerife”的一些性能数据。

    特定量子计算机的性能可以表示为两个层次:与芯片中基础量子位相关的度量,我们称之为“量子器件”,以及整体系统性能。

    下表比较了四个最近的小发猫Q系统中量子器件的基本指标:

    小发猫Q System One的性能可以反映在所测量的一些最佳性能/最低错误率数字中。平均两个量子比特门误差小于2%,最佳门误差码率小于1%。

    小发猫的设备基本上受到一致性时间的限制,小发猫Q System One的平均时间为73μs。

    平均两位速率误差率在相干极限(1.68倍)的两倍之内,这是由量子位T1和T2设置的理论极限(小发猫QSystem One平均为74μs和69μs)。这表明小发猫的控件导致的误差很小,并且接近设备上最高的量子比特保真度。

    量子摩尔定律:为了实现量子优势,每年量子体积必须至少翻倍

    为了在20世纪20年代实现量子优势,每年至少需要将“量子体积”加倍。

    小发猫的五比特器件Teumife的量子体积量于2017年首次通过小发猫Q Experience Quantum Cloud Service提供,目前的小发猫Q 20-qubit高端设备的量子量为8.最新结果显示小发猫Q System一项表现超过了16个量子卷。自2017年以来,小发猫Q团队每年都实现了量子体积倍增。

    以下是量子系统发展的路线图,通过量子体积测量,每年量子系统的计算能力翻倍。

    有趣的是,上面的图片可以与戈登摩尔1965年4月19日着名的“摩尔定律”图表进行比较:

    为了实现0.01%的错误率,需要将相干时间增加到1-5毫秒。这是通向未来的漫长道路,在量子系统中实现这一目标需要克服许多激动人心的挑战。

    在制定系统路线图时,有必要同时研究组件的基本物理特性,并测量单个超导传输量子比特T1的弛豫时间0.5毫秒(500微秒,品质因数为1500万) 。这些设备对基本材料没有限制。

    虽然“量子体积”可用于表征设备性能,但业界也可以使用其他指标,例如测量设备上的纠缠量子比特,以提取有关系统性能的更多信息。

    对于多量子纠缠,一个简单的衡量指标是n-qubit Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)状态(一个完全描述同一组未知量子态的过程)的层析成像,例如4-qubit状态。

    首先准备GHZ状态,并通过在不同的基础上投射各个量子比特来重建我们创建的状态。这里的度量是可实现的实验状态相对于目标状态的保真度。

    状态断层扫描对测量误差很敏感,因此如果无法获得消除这些误差影响的技术,我们重建的4比特GHZ状态的保真度为0.66,可以得出以下密度矩阵:

    然而,可以通过额外的校准测量来减少这些误差,以确定测量误差的倒数并对断层摄影数据进行测量校正。在校正相同数据后,保真度增加到0.98。请注意,此值不包括误差条,其中包括由于状态准备和测量误差导致的统计噪声和系统噪声。

    Qiskit Ignis是理解和降低量子电路和器件噪声的框架,也是小发猫开源量子开发套件Qiskit的一部分。测量误差降噪包含在Qiskit Ignis中。

    噪声降低后的4位GHZ状态断层扫描,保真度为0.98

    我们还对小发猫Q System One上的真正纠缠状态进行了初步测量,总共纠缠了多达18个量子比特。

    这些初步结果,结合量子体积的改进和减少的测量误差技术,以及新的快速高保真量子比特测量的结果,将在2019年3月的美国物理学会会议上公布。

    量子中间(NISQ)量子计算时代的到来是一个激动人心的时刻。从硬件,软件到物理学的突破,再到新指标的诞生。仍需要进一步的研究和应用以继续改进实际系统上的“量子体积”测量标准。小发猫计划在纽约波基普西开设一个新的量子计算中心,以生产2019年下半年性能水平相当的量子计算系统。

    1965年,戈登摩尔断言:“集成电子技术的未来是电子产品本身的未来。”我们现在相信量子计算的未来将成为计算机本身的未来。

    历史上量子体积最大的量子计算机,是神圣的

    被称为世界上第一台量子计算机器的小发猫Q System One就像一头大象,它的功率对于小型手机来说还不够好。

    今年1月在拉斯维加斯举行的CES展会上,Q System One首次亮相。

    小发猫Q System One

    它就像一件艺术品,放置在一个2.74米高,2.74宽的硼硅玻璃柜中,配有枝形吊灯式量子计算核心硬件,包裹在闪亮的圆柱形黑色外壳中。这些部分被巧妙地隐藏起来。

    当然,为了便于维护,可以使用电动机打开玻璃外壳。

    小发猫Q System One由许多自定义组件组成,这些组件可以协同工作,实现最先进的基于云的量子计算程序,包括:

    量子硬件设计,具有稳定性和自动校准功能,可提供可重复,可预测,高质量的量子比特。

    制冷工程,提供连续冷却,隔离量子环境。

    紧凑,高精度的电子元件,可控制大量的量子比特。

    Quantum固件,可管理系统运行状况并在无需用户停机的情况下实现系统升级。

    经典计算能力,提供安全云访问和量子算法的混合操作。

    小发猫刚刚宣布其“量子容量”已达到16个。

    如果小发猫明年将推出32台量子大小的计算机,它会是什么样的高端艺术?

    巨人破坏,量子计算竞争正在升温

    据BCC Research称,到2022年,量子计算市场的全球年均增长率预计将达到37.3%,产值约为1.61亿美元。未来,市场的复合年增长率将在2027年达到53%,产值为13亿美元。

    这种预测并不夸张。因为这个领域的竞争正在加剧。

    英特尔,微软和谷歌等主要竞争对手正在加入竞争。这些巨型科技公司正在不遗余力地将量子计算商业化和民主化,以进入商业领域。

    英特尔最近与Bluefors和Afore合作推出了第一款低温晶圆探测器。该器件加速了硅基量子芯片上量子位的测试。

    微软的量子网络也在不断发展。作为该公司量子开发工具包的一部分,微软正在推广其“量子友好型”编程语言Q#(Q-sharp)。微软的目标是开发一种通用量子计算机,该计算机具有基于纳米线的强大硬件结构和纠错机制。

    与此同时,Google于去年7月发布了一个名为Cirq的开源软件工具包,以帮助开发人员测试量子计算算法。此外,去年3月,谷歌宣布推出一款72-qubit通用量子计算机Bristlecone。

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