El volum quàntic és una mètrica que mesura les capacitats i les taxes d'error d'un ordinador quàntic. Expressa la mida màxima dels circuits quàntics quadrats que l'ordinador pot implementar amb èxit. La forma dels circuits és independent de l'arquitectura de l'ordinador quàntic, però el compilador la pot transformar i optimitzar per aprofitar les característiques de l'ordinador. Així, es poden comparar volums quàntics per a diferents arquitectures.
Introducció Els ordinadors quàntics són difícils de comparar. El volum quàntic és un únic nombre dissenyat per mostrar el rendiment general. És una mesura i no un càlcul, i té en compte diverses característiques d'un ordinador quàntic, començant pel seu nombre de qubits; altres mesures utilitzades són els errors de porta i de mesura, la diafonia i la connectivitat.
IBM va definir la seva mètrica de Volum Quàntic perquè el recompte de transistors d'un ordinador clàssic i el recompte de bits quàntics d'un ordinador quàntic no són el mateix. Els qubits es desconnecten amb una pèrdua de rendiment resultant, de manera que uns quants bits tolerants a errors són més valuosos com a mesura de rendiment que un nombre més gran de qubits sorollosos i propensos a errors.
Generalment, com més gran és el volum quàntic, més complexos són els problemes que pot resoldre un ordinador quàntic.
També s'han proposat punts de referència alternatius, com ara el punt de referència d'entropia creuada, les operacions quàntiques per segon (rQOPS) fiables proposades per Microsoft, les operacions de capa de circuit per segon (CLOPS) proposades per IBM i els qubits algorísmics d'IonQ.
Definició Definició original El volum quàntic d'un ordinador quàntic va ser definit originalment el 2018 per Nikolaj Moll et al. Tanmateix, des del 2021 aproximadament aquesta definició ha estat substituïda per la redefinició d'IBM del 2019. La definició original depèn del nombre de qubits , així com del nombre de passos que es poden executar, la profunditat del circuit
La profunditat del circuit depèn de la taxa d'error efectiva com a
La taxa d'error efectiva es defineix com la taxa d'error mitjana d'una porta de dos qubits. Si les portes físiques de dos qubits no tenen connectivitat tot-a-tot, poden ser necessàries portes SWAP addicionals per implementar una porta arbitrària de dos qubits i , on és la taxa d'error de les portes físiques de dos qubits. Si hi ha portes de maquinari més complexes disponibles, com ara la porta Toffoli de tres qubits, és possible que .
La profunditat de circuit admissible disminueix quan s'afegeixen més qubits amb la mateixa taxa d'error efectiva. Així doncs, amb aquestes definicions, tan bon punt , el volum quàntic disminueix si s'afegeixen més qubits. Per executar un algorisme que només requereixi qubits en una màquina qubits, podria ser beneficiós seleccionar un subconjunt de qubits amb bona connectivitat. Per a aquest cas, Moll et al. donen una definició refinada del volum quàntic.
on es pren el màxim sobre una elecció arbitrària de qubits.
La redefinició d'IBM El 2019, els investigadors d'IBM van modificar la definició de volum quàntic per ser una exponencial de la mida del circuit, afirmant que correspon a la complexitat de simular el circuit en un ordinador clàssic:
Historial d'assoliments El rècord mundial, , ja que el volum quàntic més alt és de 2 Aquí teniu una visió general dels volums quàntics aconseguits històricament: DataVolum quànticnº de QubitFabricantNom i referència del sistema2020, gener228IBM"Raleigh"2020, Juny26Honeywell2020, agost227IBMFalcon r4 "Montreal"2020, novembre210Honeywell"System Model H1"2020, decembre227IBMFalcon r4 "Montreal"2021, març210Honeywell"System Model H1"2021, juliol210Honeywell"Honeywell System H1"2021, decembre212Quantinuum (previously Honeywell)"Quantinuum System Model H1-2"2022, abril227IBMFalcon r10 "Prague"2022, abril212Quantinuum"Quantinuum System Model H1-2"2022, maig227IBMFalcon r10 "Prague"2022, setembe220Quantinuum"Quantinuum System Model H1-1"2023, febrer224Alpine Quantum Technologies"Compact Ion-Trap Quantum Computing Demonstrator"2023, febrer220Quantinuum"Quantinuum System Model H1-1"2023, maig232Quantinuum"Quantinuum System Model H2"2023, juny220Quantinuum"Quantinuum System Model H1-1"2024, febrer220IQM"IQM 20-qubit system"2024, abril220Quantinuum"Quantinuum System Model H1-1"2024, agost256Quantinuum"Quantinuum System Model H2-1"2025, maig256Quantinuum"Quantinuum System Model H2-1"2025, setembre256Quantinuum"Quantinuum System Model H2-2" 2026, maig 2 Alpine Quantum Technologies"LYNX quantum computer Series"
Punts de referència volumètrics El punt de referència de volum quàntic defineix una família de circuits quadrats, el nombre de qubits i la profunditat dels quals són els mateixos. Per tant, la sortida d'aquest punt de referència és un únic nombre. Tanmateix, una generalització proposada és el marc de referència volumètrica, que defineix una família de circuits quàntics rectangulars, per als quals i estan desacoblats per permetre l'estudi de les compensacions de rendiment espai/temps, sacrificant així la simplicitat d'un punt de referència d'una sola xifra.
Els punts de referència volumètrics es poden generalitzar no només per tenir en compte les dimensions i desacoblades, sinó també per provar diferents tipus de circuits quàntics. Mentre que el volum quàntic avalua la capacitat de l'ordinador quàntic per implementar un tipus específic de circuits aleatoris, aquests poden, en principi, ser substituïts per altres famílies de circuits aleatoris, circuits periòdics o circuits inspirats en algorismes. Cada punt de referència ha de tenir un criteri d'èxit que defineixi si un processador ha "superat" un circuit de prova determinat.
Tot i que aquestes dades es poden analitzar de moltes maneres, un mètode senzill de visualització és il·lustrar el front de Pareto del compromís versus per al processador que s'està analitzant. Aquest front de Pareto proporciona informació sobre la profunditat més gran que un pegat d'un nombre determinat de qubits pot suportar, o, alternativament, el pegat més gran de qubits que pot suportar l'execució d'un circuit d'una profunditat determinada.
Referències
Categoria:Mecànica quàntica Categoria:Microprocessadors