Kuantum Moore Yasası çıkıyor! Kuantum hacmi her yıl ikiye katlanarak 10 yıl içinde kuantum hegemonyasına ulaşır
Xinzhiyuan Kılavuzu IBM bugün kuantum hesaplamada yeni bir kilometre taşını duyurdu: şimdiye kadarki en yüksek kuantum hacmi! Aynı zamanda IBM, kuantum performansının "Moore Yasası" nı yayınladı ve "kuantum hegemonyası" zaman çizelgesini açıkladı: 10 yıl içinde kuantum hegemonyasına ulaşmak için, kuantum hacmini her yıl en az iki katına çıkarması gerekiyor.
Kuantum Moore Yasası burada!
American Physical Society'nin 2019 Mart toplantısında IBM, bu kavramı attı.
Bu konferansta IBM, bu yılın Ocak ayında CES'te tanıtılan dünyanın ilk ticari kuantum hesaplama hepsi bir arada makinesi olan en son kuantum bilgisayarını duyurdu. IBM Q System One "Bugüne kadarki en yüksek kuantum hacmi" sağlar.
"Kuantum Hacmi" IBM tarafından kuantum bilgisayarların gücünü ölçmek için önerilen özel bir performans endeksidir. Etkileyen faktörler arasında kübit sayısı, geçit ve ölçüm hataları, aygıtlar arası iletişim ve aygıt bağlantısı ve devre derleme verimliliği yer alır.
Bu nedenle, kuantum hacmi ne kadar büyükse, kuantum bilgisayarın performansı o kadar güçlü ve çözebileceği daha pratik problemler.
Önemli olan şey şu ki IBM, kuantum hacminin bir "Moore Yasasına" uyduğunu buldu : Kuantum bilgisayarının gerçekleştirdiği kuantum hacmi her yıl ikiye katlanıyor:
- 2017'de IBM'in Tenerife cihazı (5-kübit) 4 kuantum hacmine ulaştı;
- 2018 IBM Q cihazının (20 kübitlik) kuantum hacmi 8'dir;
- 2019'da yeni piyasaya sürülen IBM Q System One (20-kübit), 16'lık bir kuantum hacmine sahip.
Diğer bir deyişle, 2017'den beri IBM, kuantum hacmini her yıl ikiye katladı.
Bu çarpma, Moore Yasasına çok benzer. Moore Yasası, Intel'in kurucularından Gordon Moore tarafından önerildi:
Entegre bir devreye yerleştirilebilecek transistör sayısı her iki yılda bir iki katına çıkacaktır.
IBM ayrıca iddialı bir zaman çizelgesi belirledi: 2020'lerde kuantum üstünlüğüne ulaşmak için her yıl kuantum hacmini en az iki katına çıkarmamız gerekiyor!
Kuantum hacmi nedir?
IBM, kendi blogunda System Q One'ın çeşitli model testlerinin sonuçlarına ilişkin bir genel bakış yayınladı.
Tabii ki, temel ölçüm göstergesi "kuantum hacmi" dir ve ekip ayrıca bu göstergeyi ve nasıl hesaplanacağını ayrıntılı olarak açıklayan bir makale yayınladı.
Makalede, yeni metriğin "bir bilgisayar tarafından başarıyla uygulanan aynı genişlik ve derinlikteki en büyük rastgele devreyi ölçtüğünü" belirttiler ve bunun da uyumlu olduğunu belirttiler. Hata oranı yakından alakalı.
IBM Q System One'ın performansı, şimdiye kadarki en yüksek kuantum hacmini sağlamanın yanı sıra, IBM tarafından ölçülen en düşük hata oranını da yansıtıyor. 2-kübit geçidin ortalama hata oranı% 2'den az ve en iyi geçidinin hata oranı 1'den az. %.
Düşük hata oranı çok önemlidir, çünkü tamamen işlevsel, büyük ölçekli, genel amaçlı ve hataya dayanıklı bir kuantum bilgisayar oluşturmak için daha uzun bir tutarlılık süresi ve daha düşük bir hata oranı gerekir.
Kuantum hacmi, kuantum avantajının ilerlemesini ölçen temel bir performans göstergesidir (Kuantum Avantajı, kuantum avantajı olarak da bilinir) Bu noktada kuantum uygulamaları, klasik bilgisayarların yeteneklerinin ötesinde önemli ve pratik faydalar da getirmiştir.
Ardından, "kuantum hacmi" kavramını ve anlamını ayrıntılı olarak ele alın.
IBM, Q System One üzerinde ayrıntılı bir kıyaslama testi gerçekleştirdi ve IBM Q Network sistemi "Tokyo" ve "Poughkeepsie" ile kamuya açık IBM Q Experience sistemi "Tenerife" nin bazı performans verilerini blogda yayınladı.
Belirli bir kuantum bilgisayarın performansı iki seviyede ifade edilebilir: "kuantum cihazları" dediğimiz çipteki temel kübitlerle ilgili ölçümler ve genel sistem performansı.
Aşağıdaki tablo, dört yeni IBM Q sistemindeki kuantum cihazlarının temel göstergelerini karşılaştırmaktadır:
IBM Q System One'ın performansı, ölçülen en iyi performans / en düşük hata oranı rakamlarından bazılarında yansıtılabilir. İki kübitin ortalama geçit hatası% 2'den azdır ve en iyi geçit hata oranı% 1'den azdır.
IBM'in ekipmanı, temelde IBM Q System One için ortalama 73 s olan tutarlılık süresi ile sınırlıdır.
Ortalama iki bitlik hız hata oranı, T1 ve T2 kübitleri tarafından belirlenen teorik sınır olan tutarlılık sınırının (1.68 kat) iki katı içindedir (IBM QSystem One ortalamaları 74s ve 69s'dir). Bu, IBM'in denetiminden kaynaklanan hatanın çok küçük olduğunu ve aygıttaki en yüksek kübit doğruluğuna yakın olduğunu gösterir.
Kuantum Moore Yasası: Kuantum avantajı elde etmek için kuantum hacminin her yıl en az iki katına çıkması gerekir.
1920'lerde kuantum üstünlüğüne ulaşmak için her yıl "kuantum hacmini" en az iki katına çıkarmak gerekiyor.
IBM'in beş kübitlik aygıtı Teumife'ın kuantum hacmi, ilk olarak 2017'de IBM Q Experience kuantum bulut hizmeti aracılığıyla sağlandı. Mevcut IBM Q 20 kübit yüksek kaliteli aygıtın kuantum hacmi 8'dir. En son sonuçlar, IBM Q System One'ın performansının 16 kuantum hacmini aştığını gösteriyor. IBM Q ekibi, 2017'den beri her yıl kuantum hacmini ikiye katladı.
Aşağıda, kuantum sistemlerinin geliştirilmesi için bir yol haritası verilmiştir: Kuantum hacmini bir ölçü olarak ele alırsak, kuantum sistemlerinin hesaplama gücü her yıl ikiye katlanır.
İlginç bir şekilde, yukarıdaki resmi Gordon Moore tarafından 19 Nisan 1965'te önerilen ünlü "Moore Yasası" çizelgesiyle karşılaştırabilirsiniz:
% 0.01'lik bir hata oranına ulaşmak için, tutarlılık süresinin 1-5 milisaniyeye çıkarılması gerekir.Bu, geleceğe giden uzun bir yoldur.Bir kuantum sisteminde bu hedefe ulaşmak için birçok heyecan verici zorluğun üstesinden gelmek gerekir.
Sistem yol haritasını oluştururken, bileşenlerin temel fiziksel özelliklerini aynı anda incelemek gerekir ve tek bir süperiletken iletim kübitinin T1 gevşeme süresi 0,5 milisaniye (500 mikrosaniye, kalite faktörü 15 milyon) kadar uzun ölçülür. Bu cihazlar temel malzeme sınırlamasına sahip değildir.
Cihaz performansını karakterize etmek için "kuantum hacmi" kullanılabilmesine rağmen, endüstri, sistem performansı hakkında daha fazla bilgi elde etmek için bir cihazdaki dolaşık kübitleri ölçmek gibi başka göstergeler de kullanabilir.
Çok kübit dolaşıklık için basit bir ölçü, 4 kübit durumu gibi n-kübit Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) durumunun (aynı dizi bilinmeyen kuantum durumunun sürecini tamamen tanımlayabilen) tomografisidir.
GHZ durumunu hazırlayın ve her kübitin farklı bir temelde projeksiyonuyla oluşturduğumuz durumu yeniden inşa edin. Buradaki ölçü, ulaşılabilir deneysel durumun hedef duruma göre uygunluğudur.
Durum tomografisi ölçüm hatalarına karşı çok hassastır, bu nedenle Bu hataların etkisini ortadan kaldıracak teknolojiye sahip değilsek, yeniden yapılandırılmış 4 kübitlik GHZ durumumuzun aslına uygunluğu 0,66'dır, Aşağıdaki yoğunluk matrisi çizilebilir:
Ancak, ölçüm hatasının karşılığını belirlemek ve bu hataları azaltmak için tomografi verileri üzerinde ölçüm düzeltmeleri yapmak için ek kalibrasyon ölçümleri kullanılabilir. Aynı veriler düzeltildikten sonra, aslına uygunluk 0,98'e yükseltilir. Lütfen bu değerin, durum hazırlama ve ölçüm hatalarından kaynaklanan istatistiksel gürültü ve sistem gürültüsünü içeren hata çubuklarını içermediğini unutmayın.
Qiskit Ignis, kuantum devrelerinin ve cihazlarının gürültüsünü anlamak ve azaltmak için bir çerçevedir ve IBM'in açık kaynaklı kuantum geliştirme kiti Qiskit'in bir parçasıdır. Qiskit Ignis, ölçüm hatası gürültü azaltma içerir.
0,98 aslına uygun gürültü azaltma sonrası 4 bit GHZ durum tomografisi
Ayrıca, IBM Q System One'da gerçek dolanma durumunun bir ön ölçümünü yaptık. Dolaşan 18 kübit var.
Bu ön sonuçlar, kuantum hacmi ve ölçüm hatası azaltma teknolojisindeki gelişmeler ve yeni hızlı ve yüksek doğrulukta kübit ölçümleri ile birleştiğinde, Mart 2019'da American Physical Society toplantısında açıklanacak.
Noise Intermediate Quantum (NISQ) kuantum hesaplama çağının gelişi, donanım ve yazılımdan fizikteki atılımlara ve yeni ölçüm standartlarının doğuşuna kadar heyecan verici bir zamandır. Pratik sistemlerde "kuantum hacmi" ölçüm standardını geliştirmeye devam etmek için daha fazla araştırma ve uygulamaya ihtiyaç vardır. IBM, Poughkeepsie, New York'ta yeni bir kuantum bilgi işlem merkezi açmayı ve 2019'un ikinci yarısında önemli bir performans seviyesine sahip kuantum bilgi işlem sistemleri üretmeyi planlıyor.
1965'te Gordon Moore şunları söyledi: "Entegre elektronik teknolojisinin geleceği, elektronik ürünlerin kendisinin geleceğidir." Ve şimdi kuantum hesaplamanın geleceğinin bilgisayarların geleceği olacağına inanıyoruz.
Tarihteki en yüksek kuantum hacmine sahip kutsal kuantum bilgisayar nedir?
Dünyanın ilk kuantum hesaplama hepsi bir arada makinesi olarak bilinen IBM Q System One, bir fil kadar büyük ve bilgi işlem gücü küçük cep telefonlarından daha düşük.
Bu yılın Ocak ayında, Q System One Las Vegas'taki CES fuarında giriş yaptı.
IBM Q System One
Bir sanat eseri gibi, 2.74 metre yüksekliğinde ve 2.74 genişliğinde borosilikat cam kabine, ortasına asılan avize benzeri kuantum bilgisayar çekirdeği donanımıyla yerleştirilmiş, içi tamamen parlak, silindirik siyah bir kabuğa sarılmış. Parçaların hepsi ince bir şekilde gizlenmiş.
Tabii ki bakımı kolaylaştırmak için cam kasa bir motorla açılabilir.
IBM Q System One, en gelişmiş bulut tabanlı kuantum bilgi işlem programlarında kullanılmak üzere birlikte çalışan birçok özel bileşenden oluşur; örneğin:
- Kararlılık ve otomatik kalibrasyon özelliğine sahip kuantum donanım tasarımı, tekrarlanabilir ve öngörülebilir yüksek kaliteli kübitler sağlar.
- Soğutma mühendisliği, sürekli soğutma ve izole edilmiş kuantum ortamı sağlar.
- Kompakt yüksek hassasiyetli elektronik bileşenler, çok sayıda kübiti sıkı bir şekilde kontrol edebilir.
- Quantum bellenimi, sistem çalışma durumunu yönetebilir ve kullanıcı kesinti süresi olmadan sistem yükseltmelerini etkinleştirebilir.
- Güvenli bulut erişimi ve kuantum algoritmalarının hibrit çalışmasını sağlayan klasik bilgi işlem yetenekleri.
- Ve IBM'in az önce duyurduğu gibi, "kuantum hacmi" 16'ya ulaştı.
IBM, gelecek yıl 32 kuantum bilgisayarı başlatırsa, ne tür bir üst düzey sanat eseri olacak?
Devler durumu bozuyor, kuantum hesaplamadaki rekabet kızışıyor
BCC Research verilerine göre, 2022 yılına kadar küresel kuantum hesaplama pazarının bileşik yıllık büyüme oranının yaklaşık 161 milyon ABD doları çıktı değeriyle% 37,3'e ulaşması bekleniyor. Gelecekte, pazarın yıllık bileşik büyüme oranı 2027'de yaklaşık% 53'e ulaşacak ve çıktı değeri 1,3 milyar ABD dolarına ulaşacak.
Bu tahmin abartı değil. Çünkü bu alandaki rekabet yoğunlaşıyor.
Intel, Microsoft ve Google gibi büyük rakipler yarışmaya katılıyor. Bu dev teknoloji şirketleri kuantum hesaplamayı ticarileştirmek, demokratikleştirmek ve ticari alana girmek için hiçbir çabadan kaçınmıyor.
Intel kısa süre önce Bluefors ve Afore ile işbirliği içinde ilk kuantum kriyojenik gofret probunu (Cryogenic Wafer Prober) piyasaya sürdü. Böyle bir cihaz, silikon bazlı kuantum çipler üzerindeki kübitlerin test sürecini hızlandırabilir.
Microsoft'un kuantum ağı da büyüyor. Microsoft, şirketin kuantum geliştirme kitinin bir parçası olarak, en son "kuantum dostu" programlama dili Q # (Q-sharp) 'yı şiddetle desteklemektedir. Microsoft'un hedefi, hata düzeltme mekanizmasına sahip sağlam nanotel tabanlı bir donanım yapısı kullanan genel amaçlı bir kuantum bilgisayar geliştirmektir.
Aynı zamanda Google, geliştiricilerin kuantum hesaplama algoritmalarını test etmelerine yardımcı olmak için geçen yıl Temmuz ayında Cirq adlı açık kaynaklı bir yazılım araç seti yayınladı. Ayrıca, geçen yıl Mart ayında Google, 72 kübitlik evrensel bir kuantum bilgisayar olan Bristlecone'nin lansmanını duyurdu.
Referans bağlantısı:
https://www.ibm.com/blogs/research/2019/03/power-quantum-device/
