Ny måling: Kvantedatamaskiner er 100 000 ganger unna vitenskapelig nytte

Dagens kvantedatamaskiner ligger fortsatt omtrent fem størrelsesordener under den beregningskapasiteten som kreves for å løse etablerte vitenskapelige problemer, ifølge en ny ytelsesstudie publisert på forhåndstrykkserveren arXiv. Funnet, fra forskere ved Sandia National Laboratories med bidrag fra Quantinuum og NVIDIA ↘ 3.36%, introduserer et rammeverk kalt QUOPS, Quantum Universal Operations Performance System, som måler både størrelsen på kretsene en maskin kan utføre og hastigheten den fullfører dem med.thequantuminsider+1

En ny målestokk for kvantemaskiner

Produsenter av kvantemaskinvare beskriver vanligvis systemene sine ved hjelp av antall kubiter, portnøyaktighet og porthastighet, men disse målingene på komponentnivå forutsier ikke alltid hvordan en hel maskin vil prestere på en omfattende beregning. QUOPS behandler i stedet kvantedatamaskinen som et helt system ved å mate den med randomiserte kretser av ulik bredde og dybde, for deretter å sjekke om resultatet passerer en forhåndsdefinert terskel for nøyaktighet.thequantuminsider+1

Ytelsesmålingen oppsummerer ytelsen i to tall: Q, som representerer den største kvalifiserende kretsen maskinen kan kjøre, og omega, det effektive antallet kvanteoperasjoner som fullføres per sekund på den skalaen. Sammen fanger de opp et kompromiss som enkeltspesifikasjoner skjuler.thequantuminsider

Kompromisser på tvers av arkitekturer

Forskerne testet målingen på prosessorer fra Google Alphabet Inc. ↗ 3.06%, IBM International Business Machines Corporation ↗ 2.38% og Quantinuum. Googles Willow og IBMs Boston, som begge er superledende systemer, utførte operasjoner raskere og oppnådde høyere QUOPS-rater. Quantinuums Helios-prosessor basert på fangede ioner, som gir all-til-all-kobling mellom kubiter, håndterte større kretser og oppnådde en høyere Q-score, men jobbet i et lavere tempo.quantinuum+1

Sammenligningen kårer ikke én arkitektur som overlegen. Resultatene viser heller at maskiner oppnår ytelse gjennom ulike kombinasjoner av nøyaktighet, hastighet og kobling, kompromisser som kan ha ulik betydning avhengig av arbeidsbelastningen.thequantuminsider

Veien til vitenskapelig nytte

Ved å kartlegge ressurser som kreves for problemer som faktorisering av RSA-2048 og beregning av FeMoco-energiegenverdier, anslo forskerne mål-Q-scorer i størrelsesorden hundrevis av millioner. Dagens maskinvare ligger omtrent 100 000 ganger under disse målene, noe som støtter det pågående arbeidet mot feiltolerant kvantebehandling, som bruker feilretting for å beskytte beregninger mot akkumulert støy.quantumcomputingreport+1

Teamet brukte også QUOPS på et lite feiltolerant oppsett med opptil åtte logiske kubiter på Quantinuums Helios-1, noe som viser at den samme ytelsesmålingen kan spore både dagens maskiner med fysiske kubiter og nye systemer med logiske kubiter. Artikkelen er ennå ikke fagfellevurdert.thequantuminsider+1