Νέο σημείο αναφοράς: 100.000 φορές πίσω από την επιστημονική χρήση οι κβαντικοί υπολογιστές

Οι σημερινοί κβαντικοί υπολογιστές παραμένουν περίπου πέντε τάξεις μεγέθους πίσω από την υπολογιστική ικανότητα που απαιτείται για την επίλυση αναγνωρισμένων επιστημονικών προβλημάτων, σύμφωνα με νέα μελέτη αξιολόγησης που δημοσιεύθηκε στον διακομιστή προδημοσιεύσεων arXiv. Το εύρημα, από ερευνητές των Εθνικών Εργαστηρίων Sandia με τη συμμετοχή της Quantinuum και της NVIDIA ↘ 5.32%, εισάγει ένα πλαίσιο με την ονομασία QUOPS (Quantum Universal Operations Performance System), το οποίο μετρά τόσο την κλίμακα των κυκλωμάτων που μπορεί να εκτελέσει μια μηχανή όσο και την ταχύτητα με την οποία τα ολοκληρώνει.thequantuminsider+1

Ένα νέο μέτρο σύγκρισης για τις κβαντικές μηχανές

Οι κατασκευαστές κβαντικού υλικού συνήθως περιγράφουν τα συστήματά τους χρησιμοποιώντας τον αριθμό των qubits, την ακρίβεια των πυλών και την ταχύτητα των πυλών, όμως αυτές οι μετρήσεις σε επίπεδο εξαρτημάτων δεν προβλέπουν πάντα την απόδοση μιας ολοκληρωμένης μηχανής σε έναν ουσιαστικό υπολογισμό. Αντίθετα, το QUOPS αντιμετωπίζει τον κβαντικό υπολογιστή ως ένα ενιαίο σύστημα, τροφοδοτώντας τον με τυχαία κυκλώματα μεταβλητού πλάτους και βάθους και στη συνέχεια ελέγχοντας αν το αποτέλεσμα ξεπερνά ένα προκαθορισμένο όριο ακρίβειας.thequantuminsider+1

Το σύστημα αξιολόγησης συμπυκνώνει την απόδοση σε δύο αριθμούς: το Q, που αντιπροσωπεύει το μεγαλύτερο επιλέξιμο κύκλωμα που μπορεί να εκτελέσει η μηχανή, και το ωμέγα, που εκφράζει τον ενεργό αριθμό κβαντικών λειτουργιών που ολοκληρώνονται ανά δευτερόλεπτο σε αυτή την κλίμακα. Μαζί, οι δύο αυτοί δείκτες αποτυπώνουν μια ισορροπία που οι μεμονωμένες προδιαγραφές αποκρύπτουν.thequantuminsider

Συμβιβασμοί μεταξύ αρχιτεκτονικών

Οι ερευνητές δοκίμασαν το σύστημα αξιολόγησης σε επεξεργαστές των Google Alphabet Inc. ↗ 1.18%, IBM International Business Machines Corporation ↗ 1.16% και Quantinuum. Ο Willow της Google και ο Boston της IBM, αμφότεροι υπεραγώγιμα συστήματα, εκτέλεσαν λειτουργίες ταχύτερα και πέτυχαν υψηλότερους ρυθμούς QUOPS. Ο επεξεργαστής παγιδευμένων ιόντων Helios της Quantinuum, ο οποίος παρέχει συνδεσιμότητα από qubit σε qubit χωρίς περιορισμούς, διαχειρίστηκε με επιτυχία μεγαλύτερα κυκλώματα και πέτυχε υψηλότερη βαθμολογία Q, αλλά λειτούργησε με χαμηλότερη ταχύτητα.quantinuum+1

Η σύγκριση δεν αναδεικνύει κάποια αρχιτεκτονική ως ανώτερη. Αντίθετα, τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι μηχανές επιτυγχάνουν υψηλές επιδόσεις μέσα από διαφορετικούς συνδυασμούς ακρίβειας, ταχύτητας και συνδεσιμότητας: συμβιβασμοί που ενδέχεται να έχουν διαφορετική σημασία ανάλογα με τον φόρτο εργασίας.thequantuminsider

Ο δρόμος προς την επιστημονική χρησιμότητα

Χαρτογραφώντας τις απαιτήσεις πόρων για προβλήματα όπως η παραγοντοποίηση του RSA-2048 και ο υπολογισμός των ενεργειακών ιδιοτιμών του FeMoco, οι ερευνητές εκτίμησαν ότι οι στόχοι της βαθμολογίας Q βρίσκονται στην κλίμακα των εκατοντάδων εκατομμυρίων. Το σημερινό υλικό απέχει περίπου 100.000 φορές από αυτούς τους στόχους, ενισχύοντας την προσπάθεια για την ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστών με ανοχή σφαλμάτων, οι οποίοι χρησιμοποιούν διόρθωση σφαλμάτων για την προστασία των υπολογισμών από τον συσσωρευμένο θόρυβο.quantumcomputingreport+1

Η ομάδα εφάρμοσε επίσης το QUOPS σε μια μικρή διάταξη με ανοχή σφαλμάτων χρησιμοποιώντας έως και οκτώ λογικά qubits στον Helios-1 της Quantinuum, αποδεικνύοντας ότι το ίδιο σύστημα αξιολόγησης μπορεί να παρακολουθεί τόσο τις σημερινές μηχανές φυσικών qubits όσο και τα αναδυόμενα συστήματα λογικών qubits. Η μελέτη δεν έχει ακόμη υποβληθεί σε αξιολόγηση από ομότιμους κριτές.thequantuminsider+1