Làm thế nào nên so sánh các thiết bị máy tính lượng tử khác nhau?

Trong những năm qua, đã có một loạt các cuộc biểu tình của các thiết bị có thể thực hiện bằng chứng về nguyên lý, tính toán lượng tử quy mô nhỏ, không chịu lỗi (hoặc các công nghệ lượng tử quy mô trung gian ồn ào, cách chúng được đề cập ).

Với điều này, tôi chủ yếu đề cập đến các thiết bị bẫy siêu dẫn và bẫy ion được thể hiện bởi các nhóm như Google, Microsoft, Rigetti Computing, nhóm của Blatt (và có lẽ là những thiết bị khác mà tôi đang quên bây giờ).

Các thiết bị này, cũng như các thiết bị sẽ đi theo chúng, thường hoàn toàn khác biệt với nhau (về kiến ​​trúc, các cổng dễ thực hiện / khó thực hiện hơn, số lượng qubit, kết nối giữa các qubit, kết hợp và thời gian cổng, thế hệ và khả năng đọc, độ trung thực của cổng, để đặt tên cho các yếu tố rõ ràng nhất).

Mặt khác, rất phổ biến trong các thông cáo báo chí và tin tức phi kỹ thuật chỉ nói rằng "thiết bị X mới có nhiều qubit hơn so với trước đây, do đó nó mạnh hơn rất nhiều".

Có phải số lượng qubit thực sự là một yếu tố quan trọng để đánh giá các thiết bị này? Hay thay vào đó chúng ta nên sử dụng các số liệu khác nhau? Tổng quát hơn, có các số liệu "đơn giản" có thể được sử dụng để định tính, nhưng có ý nghĩa, so sánh các thiết bị khác nhau không?

Tôi nghĩ rằng câu trả lời phụ thuộc vào lý do tại sao bạn đang so sánh chúng. Những thứ như khối lượng tử, có lẽ phù hợp hơn để xác định tiến trình phát triển thiết bị thay vì thông báo đầy đủ cho người dùng cuối.

Ví dụ, bạn đang mua một máy tính xách tay mới, bạn có thể sử dụng nhiều hơn chỉ một số duy nhất khi so sánh chúng. Điều tương tự cũng đúng với các bộ xử lý lượng tử. Có nhiều khía cạnh khác nhau đối với một thiết bị: số lượng qubit, kết nối, tất cả các loại tiếng ồn khác nhau, thời gian đo (và do đó, liệu phản hồi từ kết quả đo có khả thi hay không), thời gian hoạt động của cổng, v.v. cho bạn biết một điều bạn thực sự cần biết: nó có thể chạy chương trình mà bạn muốn chạy không? Đó là, tôi nghĩ, luôn luôn là so sánh thích hợp nhất. Nhưng nó cũng là khó nhất.

Đây là một chủ đề được tranh luận rất nhiều và tôi không chắc có câu trả lời cho câu hỏi của bạn tại thời điểm hiện tại. Tuy nhiên, IEEE (Viện Kỹ sư Điện và Điện tử) đã đề xuất PAR 7131 - Tiêu chuẩn về Đo lường Hiệu suất & Đo lường Hiệu suất Điện toán Lượng tử :

Mục đích của dự án này là cung cấp một bộ số liệu hiệu suất được tiêu chuẩn hóa và một phương pháp chuẩn hóa về tốc độ / hiệu suất của các loại phần cứng và phần mềm máy tính lượng tử khác nhau cũng như so sánh các số liệu hiệu suất này với các số liệu giống hệt nhau trong các máy tính cổ điển mà người dùng tài liệu này có thể xác định tốc độ của một máy tính lượng tử cho một ứng dụng cụ thể có thể dễ dàng và đáng tin cậy, so sánh hiệu suất của máy tính.

Tiết lộ đầy đủ Tôi là Chủ tịch hiện tại của Nhóm làm việc về tiêu chuẩn tính toán lượng tử và lý do cải cách hành chính này ban đầu là do thiếu tài liệu / tiêu chuẩn về kiểm tra các kiến ​​trúc điện toán lượng tử khác nhau đối với các kiến ​​trúc cổ điển và lẫn nhau. Các yếu tố bạn nhìn thấy ở trên

số lượng qubit, kết nối giữa các qubit, thời gian kết hợp và thời gian cổng, khả năng tạo và đọc, độ trung thực của cổng

Tất cả được bao gồm như là một số yếu tố khác. Quan trọng là chúng tôi cũng đang nghiên cứu cách chuẩn hóa người giải quyết; một thành phần thường bị bỏ qua trong điểm chuẩn. Tất cả các bộ giải không được tối ưu hóa thường mang lại lợi ích cho một cỗ máy lượng tử khi so sánh các kiến ​​trúc lượng tử với các kiến ​​trúc cổ điển. Nghĩa là, bộ giải chạy trên kiến ​​trúc lượng tử luôn được tối ưu hóa trong đó bộ giải chạy trên kiến ​​trúc cổ điển thì không. Điều này tạo ra một sự thiên vị vốn có ủng hộ kiến ​​trúc lượng tử.

Nếu bạn quan tâm đến việc tham gia vào sự phát triển của tiêu chuẩn này, vui lòng cho tôi biết, càng nhiều người tham gia từ cả hai khía cạnh lượng tử và cổ điển của cuộc tranh luận thì imho càng tốt. Trong khi đó, PAR sẽ bắt đầu hoạt động trong thời gian ngắn và sẽ phối hợp các nỗ lực của họ với các tổ chức tiêu chuẩn khác để một tiêu chuẩn chung duy nhất không có sự thiên vị có thể xuất hiện để giúp giải quyết hiệu suất và điểm chuẩn trong tương lai.

Mặc dù số lượng qubit nên là một phần của số liệu như vậy, như bạn nói, nó cách xa mọi thứ.

Tuy nhiên, so sánh hai thiết bị hoàn toàn khác nhau (ví dụ như siêu dẫn và quang học tuyến tính) không phải là nhiệm vụ đơn giản nhất ¹ .

Các nhân tố

Hỏi về sự gắn kết và thời gian cổng tương đương với việc hỏi về độ trung thực và thời gian cổng ¹ . Gates khó hơn hoặc dễ thực hiện hơn chỉ ảnh hưởng đến độ trung thực một lần nữa.

Tốc độ khởi tạo, khả năng tạo qubit / vướng víu và khả năng đọc (v.v.) sẽ ảnh hưởng đến độ trung thực tổng thể cũng như một cái gì đó giống như 'mức độ thường xuyên (trung bình) chúng ta có thể thực hiện tính toán (trong khi nhận được kết quả độ trung thực đủ cao ý tưởng về 'độ trung thực đủ cao') '.

Về mặt kiến ​​trúc, kiến ​​trúc vĩ mô hơn (ví dụ qRAM) sẽ có các tiêu chuẩn và điểm chuẩn riêng, chẳng hạn như thời gian đọc, 'có đọc được theo yêu cầu không?' và tất nhiên, lòng trung thành.

Kiến trúc vi mô hơn có thể được mô tả dưới cùng một khái niệm về kết nối.

Một số liệu khác, thường bị bỏ qua, là sức mạnh / tài nguyên được sử dụng.

Nhìn chung, điều này có thể đã thu hẹp danh sách này xuống một chút , nhưng nó vẫn là một danh sách liên quan đến một lượng so sánh hợp lý. So sánh các thiết bị khác nhau sử dụng cùng một phương pháp thậm chí không đơn giản như (ở cấp độ công nghệ hiện tại), các bộ xử lý có số lượng qubit cao hơn thường có độ chính xác thấp hơn ² .

Khối lượng tử

$2$$\epsilon_{eff}$

$n$$n'$

Tất nhiên, chúng tôi muốn vượt ra khỏi quan điểm của khoa học và vào kỹ thuật. Cho rằng chúng ta cần một tiêu chuẩn ³ . Điều này hiện đang được lên kế hoạch, như chi tiết trong câu trả lời của Whurley .

Tuy nhiên, vì mọi so sánh giữa các danh sách như vậy sẽ không đơn giản, luôn có cách chủ quan hơn, chẳng hạn như Lượng tử , trong đó việc thưởng thức trò chơi phụ thuộc vào mức độ tốt của bộ xử lý ⁴ .

^{1 Trong trường hợp cụ thể này, một ví dụ là vì các photon không trang trí, do đó, điều này phải được điều chỉnh để hỏi về độ dài thời gian hoặc số lượng cổng trước khi trạng thái nhận ra không còn gần đúng với trạng thái lý tưởng, mà chỉ là yêu cầu sự trung thực, hoặc lòng trung thành và thời gian cổng}

^{2 Tôi đã thử điều này ít nhất và thậm chí đây không hẳn là nhiệm vụ thú vị nhất}

^{3 Đầu tiên, không giống như trong XKCD 927}

^{4 Ý kiến ​​của tác giả là, trong khi một ý tưởng tuyệt vời và hữu ích để có được ý tưởng về bộ vi xử lý tốt như thế nào, thì nói rằng một bộ xử lý tốt hơn một bộ xử lý khác trong một trò chơi như vậy là hơi quá chủ quan để nói liệu một bộ xử lý có thực sự tốt hơn khác}

IBM đang thúc đẩy khối lượng lượng tử của họ (xem thêm điều này ) để định lượng sức mạnh của một máy mô hình cổng với một số duy nhất. Trước IBM, đã có một nỗ lực từ Rigetti để xác định tổng yếu tố lượng tử . Không rõ nếu nó nắm bắt những gì chúng ta muốn về tính hữu ích của thiết bị cho các ứng dụng. Những thứ như khối lượng lượng tử được thiết kế với các thí nghiệm tối cao trong tâm trí, dường như đối với tôi. Tôi nghiêng về việc nghĩ rằng một số liệu nên thực sự là ứng dụng cụ thể. Để lấy mẫu, công việc này đề nghị sử dụng điểm số qBAS .

Đối với phương pháp ủ lượng tử và các phương pháp tương tự tương tự, có vẻ như cộng đồng đang đồng ý về các giải pháp và biến thể theo thời gian ; một lần nữa khá cụ thể ứng dụng.

Cộng đồng đang làm việc để xác định các số liệu và tôi hy vọng vào năm 2018 sẽ thấy các hoạt động thực tế của cùng một vấn đề trên các thiết bị khác nhau (so sánh theo kinh nghiệm).