「量子体积」概念到底是什幺?不如称为「量子密度」更贴切


2020-06-11


「量子体积」概念到底是什幺?不如称为「量子密度」更贴切

近日召开的 2019 年美国物理学会 3 月会议,IBM 宣布达成新的科学里程碑:迄今为止最高的量子体积(Quantum Volume)。

量子体积是由 IBM 提出的专用指标,官方说法是「用于测量量子电脑的强大程度」。详细了解之后发现,量子体积的具体含义是指「设备在给定的空间和时间内完成的量子计算有用量」,有点类似传统处理器 IPC(每时钟週期执行的指令数)概念。也就是说,与其称为量子体积,不如称「量子密度」更贴切。

「量子体积」概念到底是什幺?不如称为「量子密度」更贴切

据 IBM 介绍,影响量子体积的因素有很多,包括量子位元数量(Number of Qubits)、设备连接(Device Connectivity)、相干时间(Coherence Time)、闸门和测量误差(Gate and Measurement Errors)、设备交叉通讯(Device Cross Talk)及电路软体编译效率(Circuit Software Compiler Efficiency)等。量子体积越大,量子电脑可能解决的实际複杂问题就越多,诸如化学模拟、财务风险建模、供应链优化等都可更完善。

戈登‧摩尔在 1965 年发表了论文《在积体电路容纳更多元件》(Cramming more components onto integrated circuits)。论文中,他提出着名的摩尔定律:经典电脑每个积体电路元件的数量将呈指数级增长。

而量子电脑的量子体积,也在 IBM 研发下持续增长。自 IBM Q 系统 2017 年推出以来,也呈现类似的早期增长模式,IBM 每年都达成量子电脑计算能力倍增。IBM 近期推出的 IBM Q System One 量子电脑,搭载第四代 20 量子位元处理器,量子体积高达 16,约是当前 20 量子位元 IBM Q Network 设备的 2 倍(当前设备的量子体积为 8)。

IBM 之前预测,当量子电脑比传统电脑甚至超级电脑更快、更高效执行某些设计任务,才能形成「量子优势」,这类实际应用可能还需 10 年时间。这也变相催生并支持另一假设:若要在 2030 年前达到量子优势,IBM 认为需要每年至少将「量子体积」增加 1 倍。

此外,中国工程院院士许居衍在纪念积体电路发明 60 週年会议指出,量子相互干涉是 21 世纪 27 个重大问题之一,量子计算目前只能做到毫秒级连续计算,容错率最高只有 99%,远不及传统硅晶片的 99.9999999%。

要构建功能完备、大规模、通用且容错的量子电脑,除了要尽可能高的量子体积,还要更长的相干时间和更低的错误率,以支撑长时间连续运算。此次 IBM Q System One 除了达到迄今为止最高的量子体积,还反映出 IBM 测量到的最低错误率,平均 2 量子位元闸门的错误率小于 2%,最佳闸门的错误率小于 1 %。

量子体积是衡量量子优势进展的基本性能指标,在这点上,量子应用带来超越经典电脑能力的实际好处,意义重大。IBM Q Network 的合作伙伴已开始研究準确模拟电动车电池化学组成、金融衍生品定价 2 次方加速等许多潜在用例。

富比士杂誌在 IBM 公布消息后发文表示,人们现在使用的各种技术,从网路、太空卫星到自动驾驶、5G 及整个物联网,都必须做好迎接量子因素的準备,它建立在与传统电脑完全不同的科学基础上,并带来截然不同的机遇和挑战。目前美国国会已通过「国家量子倡议法案」,川普总统签署了法案,将动员美国国家科学基金会和能源部推动量子技术更多创新。

IBM 研究院专门负责量子验证的 IBM Q 量子性能团队主管 Sarah Sheldon 博士表示:「目前,我们正在建立量子计算路线图,因为 IBM Q 团队一直在推动达成『让量子计算为科学和业务带来真正影响』的目标。儘管我们在量子计算领域已有一些突破,也在研究一些早期用例,但我们的目标是继续推动量子体积提升,最终彰显量子优势。」



上一篇:
下一篇:

热门文章

 《JOJO的奇妙冒险》动画新企划,《岸边露伴一动不动》新作O

《JOJO的奇妙冒险》动画新企划,《岸边露伴一动不动》新作O

 《JOJO的奇妙冒险》真人版最新预告能力效果很炫酷

《JOJO的奇妙冒险》真人版最新预告能力效果很炫酷

 《JOJO的奇妙冒险》真人电影再曝定妆照病娇女登场

《JOJO的奇妙冒险》真人电影再曝定妆照病娇女登场