IBM:到2030年实现容错量子优势

IBM:到2030年实现容错量子优势

(图片来源:网络)


十年前,量子计算还是一个概念。如今,世界各地的研究人员正基于IBM量子云访问服务探索实现量子应用,在IBM,每天运行的量子电路多达30亿。


我们的梦想是创造一种有用的容错量子计算机,它有明显的量子优势,能做经典处理器根本无法做到的事情。它将有望打破当前的计算极限,与CPU和GPU一起,成为人类社会的有用工具。


但基于量子力学构建一种执行计算的硬件非常困难,噪声是基本挑战之一。最近,IBM发表“‘缓解量子误差’,开创容错量子计算机时代”一文,阐述了IBM如何在2023年实现量子优势。


IBM:到2030年实现容错量子优势

IBM 的量子路线图(图片来源:网络)


达到实用量子计算的方法


实用量子计算的试金石是为解决有用问题提供优于经典方法的“优势”。这种优势可以有多种形式,最突出的一种:相比于经典算法,量子算法的运行时间有实质性的飞跃。为此,针对特定类型的问题,量子算法需要有效表示量子电路。


如何优化嘈杂量子比特是量子计算机工程师们面临的一大障碍。从本质上讲,量子计算机的处理能力越强,它的量子比特就越嘈杂。目前,抑制噪声的常用方法是缩放量子比特,从而确保量子比特测量信号的强度。


当量子硬件受到不同噪声源的影响,会突出表现量子比特退相干、单个门误差和测量误差。这些误差限制了量子电路的可实现深度,并且对于浅层电路来说,同样存在噪声误差。为了减少噪声对误差的影响,IBM已经形成了一整套解决方案,为解决浅深层量子电路噪声问题提供解题思路。

ZNE与PEC


近年来,IBM开发并实施了两种通用的量子误差缓解方法:零噪声外推法(ZNE) 和概率错误消除 (PEC)。


ZNE,是指在不同噪声条件下进行计算,据此估算在没有噪声的情况下量子计算机的计算结果,该研究已发表在《Nature》杂志上。IBM称,该技术能在不需要改进硬件的情况下提高量子计算的准确性,可用于改善任何依赖于期望值的量子计算。并且ZNE方法首先已被证明可用于研究小分子的基态能量。


PEC,类似于常用降噪耳机中的主动降噪方法,该系统将在定期检查系统的噪音中,从本质上反演这些噪音电路,输出几乎没有错误的结果。IBM表示,基于PEC方法,他们已经在嘈杂的量子计算机上运行量子电路的无噪声估计器。


在该文中,IBM还提供了一些在其量子处理其上运行纠错电路与经典电路的对比示例,并阐述了PEC方法的效果将随电路深度的增加呈指数级提升。同时,PEC方法生成无噪声估计器的能力可以与精确的经典模拟进行清晰的比较。


IBM:到2030年实现容错量子优势

使用PEC缓解错误的量子处理器有望胜过相应的经典算法


Hyperion Research的首席量子分析师 Bob Sorensen指出:“不仅仅是纠错本身,IBM对减少运行时间所做的努力令人震惊。他们正从抽象的论点向实用化转变:在运行时改进应用程序。强调运行时间是一个有趣的观点,侧面体现了IBM研究的三大领域——电路深度、错误率和算法。这一冗长的文章是IBM在量子计算路线上稳步发展的小结,以及其对缓解错误工作的深入解释。”


IBM的量子基础设施主管Jerry Chow表示,我们展示出在使用量子硬件扩展解决方案和加速经典流程的能力等方面的巨大进步,新的“缓解错误”战略标志着IBM正从容错解决方案的发现阶段转向落地阶段。


原文链接:

https://www.hpcwire.com/2022/07/19/new-ibm-blog-details-path-to-quantum-advantage-in-2023/


文:John Russell

编译:卉可

编辑:慕一


注:本文编译自“HPCwire”,不代表量子前哨观点。

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页面更新:2024-03-12

标签:量子   优势   误差   噪声   算法   电路   错误   计算机   方法   经典

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