Ny mätning: Kvantdatorer 100 000 gånger från vetenskaplig nytta

Dagens kvantdatorer ligger fortfarande cirka fem storleksordningar under den beräkningskapacitet som krävs för att ta sig an etablerade vetenskapliga problem, enligt en ny benchmarkingstudie publicerad på preprint-servern arXiv. Upptäckten, från forskare vid Sandia National Laboratories med bidrag från Quantinuum och NVIDIA ↘ 3.36%, introducerar ett ramverk kallat QUOPS, Quantum Universal Operations Performance System, som mäter både storleken på de kretsar en maskin kan exekvera och hastigheten med vilken den slutför dem.thequantuminsider+1

En ny måttstock för kvantmaskiner

Tillverkare av kvanthårdvara beskriver vanligtvis sina system med hjälp av antal kvantbitar, grindnoggrannhet och grindhastighet, men dessa mätvärden på komponentnivå förutsäger inte alltid hur en hel maskin presterar vid en omfattande beräkning. QUOPS behandlar i stället kvantdatorn som ett helt system genom att mata den med slumpmässiga kretsar av varierande bredd och djup, för att sedan kontrollera om resultatet når upp till en fördefinierad noggrannhetströskel.thequantuminsider+1

Mätverktyget sammanfattar prestandan i två tal: Q, som representerar den största godkända kretsen maskinen kan köra, och omega, det effektiva antalet kvantoperationer som slutförs per sekund i den skalan. Tillsammans fångar de upp en avvägning som enskilda specifikationer döljer.thequantuminsider

Avvägningar mellan arkitekturer

Forskarna testade mätmetoden på processorer från Google Alphabet Inc. ↗ 3.06%, IBM International Business Machines Corporation ↗ 2.38% och Quantinuum. Googles Willow och IBMs Boston, båda supraledande system, utförde operationer snabbare och uppnådde högre QUOPS-hastigheter. Quantinuums Helios-processor med fångade joner, som ger sammankoppling mellan alla kvantbitar, hanterade framgångsrikt större kretsar och uppnådde ett högre Q-resultat men arbetade i en lägre hastighet.quantinuum+1

Jämförelsen utser inte en enskild arkitektur som överlägsen. Resultaten visar i stället att maskiner når prestanda genom olika kombinationer av noggrannhet, hastighet och sammankoppling, avvägningar som kan spela olika stor roll beroende på arbetsbelastningen.thequantuminsider

Vägen till vetenskaplig nytta

Genom att kartlägga resurskraven för problem som faktorisering av RSA-2048 och beräkning av FeMoco-energiegenvärden uppskattade forskarna mål-Q-resultat i storleksordningen hundratals miljoner. Dagens hårdvara ligger cirka 100 000 gånger under dessa mål, vilket ger stöd åt den pågående satsningen på feltolerant kvantberäkning, där felkorrigering används för att skydda beräkningar mot ackumulerat brus.quantumcomputingreport+1

Teamet tillämpade även QUOPS på en liten feltolerant uppsättning med upp till åtta logiska kvantbitar på Quantinuums Helios-1, vilket visar att samma mätverktyg kan följa både dagens maskiner med fysikaliska kvantbitar och framväxande system med logiska kvantbitar. Rapporten har ännu inte genomgått sakkunniggranskning.thequantuminsider+1