衡量量子計(jì)算機(jī)性能的新型基準(zhǔn)測(cè)試法出爐

科技日?qǐng)?bào)北京12月23日電 (記者張夢(mèng)然)量子計(jì)算機(jī)與體育界的狀元秀有什么共同點(diǎn)？?jī)烧叨嘉吮姸嘈翘降年P(guān)注。近日發(fā)表在《自然·物理學(xué)》上的鏡像電路方法，比傳統(tǒng)測(cè)試更快、更準(zhǔn)確，將幫助科學(xué)家開發(fā)出最有可能導(dǎo)致世界上第一臺(tái)實(shí)用量子計(jì)算機(jī)的技術(shù)，大大加速醫(yī)學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、農(nóng)業(yè)和國(guó)家安全研究。

量子計(jì)算機(jī)是可比超級(jí)計(jì)算機(jī)更快地執(zhí)行某些任務(wù)的實(shí)驗(yàn)機(jī)器，就像年輕的運(yùn)動(dòng)員一樣，不斷受到評(píng)估，因?yàn)樗鼈冇谐蝗沼锌赡艹蔀楦淖冇螒蛞?guī)則的技術(shù)?，F(xiàn)在，“科學(xué)家星探”有了他們的第一個(gè)工具，來(lái)對(duì)一項(xiàng)前瞻性技術(shù)執(zhí)行現(xiàn)實(shí)任務(wù)的能力進(jìn)行排名，揭示其真正的潛力和局限性。美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的一種新型基準(zhǔn)測(cè)試，可預(yù)測(cè)量子處理器無(wú)誤運(yùn)行特定程序的可能性。

此前，量子計(jì)算界的標(biāo)準(zhǔn)做法是僅使用隨機(jī)、無(wú)序的程序來(lái)衡量性能。但新研究表明，傳統(tǒng)的基準(zhǔn)測(cè)試低估了許多量子計(jì)算錯(cuò)誤。這可能會(huì)導(dǎo)致人們對(duì)量子機(jī)器的強(qiáng)大或有用程度產(chǎn)生不切實(shí)際的期望。該論文稱，鏡像電路提供了一種更準(zhǔn)確的測(cè)試方法。鏡像電路是一種計(jì)算機(jī)程序，它執(zhí)行一系列計(jì)算，然后將其反轉(zhuǎn)。

新的測(cè)試方法還可以節(jié)省時(shí)間，這將有助于研究人員評(píng)估日益復(fù)雜的機(jī)器。大多數(shù)基準(zhǔn)測(cè)試通過(guò)在量子機(jī)器和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行相同的指令集來(lái)檢查錯(cuò)誤。如果沒有錯(cuò)誤，結(jié)果應(yīng)該匹配。

由于量子計(jì)算機(jī)執(zhí)行某些計(jì)算的速度比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)快得多，因此研究人員可能會(huì)花很長(zhǎng)時(shí)間等待傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)完成。然而，對(duì)于鏡像電路，輸出應(yīng)始終與輸入或一些有意的修正相同。因此，科學(xué)家無(wú)需等待，而是可以立即檢查量子計(jì)算機(jī)的結(jié)果。

桑迪亞量子性能實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)科學(xué)家蒂莫西·普羅科特團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，隨機(jī)測(cè)試忽略或低估了錯(cuò)誤的復(fù)合影響。當(dāng)錯(cuò)誤加劇時(shí)，它會(huì)隨著程序的運(yùn)行而變得更糟，就像一個(gè)走錯(cuò)路線的運(yùn)動(dòng)員，隨著比賽的進(jìn)行，離他應(yīng)該去的地方越來(lái)越遠(yuǎn)。

通過(guò)模擬功能程序，研究人員發(fā)現(xiàn)最終結(jié)果往往比隨機(jī)測(cè)試顯示的差異更大。普羅科特說(shuō)：“我們的基準(zhǔn)測(cè)試表明，當(dāng)前量子計(jì)算機(jī)的性能在結(jié)構(gòu)化程序上的可變性比之前已知的要大得多?！?/p>

鏡像電路方法還讓科學(xué)家們更深入地了解如何改進(jìn)當(dāng)前的量子計(jì)算機(jī)。普羅科特說(shuō)：“通過(guò)將我們的方法應(yīng)用于當(dāng)前的量子計(jì)算機(jī)，我們能夠了解很多關(guān)于這些特定設(shè)備所遭受錯(cuò)誤的信息——因?yàn)椴煌愋偷腻e(cuò)誤對(duì)不同程序的影響程度不同。這是第一次在多量子位處理器中觀察到這些效應(yīng)。我們的方法是第一個(gè)大規(guī)模探索這些誤差效應(yīng)的工具?！?/p>