IBM, kuantum Moore yasasını ortaya koyuyor: performans her yıl ikiye katlanıyor
Fiziksel sınırlamalara tabi olarak, yarı iletken ölçeklendirme teknolojisi son yıllarda giderek daha zor hale geldi. Yarı iletkenler yavaş yavaş sınırlarına ulaştıktan sonra, kuantum hesaplama halkın görüş alanına geri döndü.Intel ve IBM, son iki yılda kuantum bilgisayarların en son ilerlemesini güncellemeye devam etti. Intel, Mart ayı başlarında, kuantum verilerinin toplanmasını iyileştirebilecek kübit toplama için bir "düşük sıcaklıklı gofret sondasını" duyurdu.
IBM, 2019'daki American Physical Society'nin Mart toplantısında şu ana kadarki en yüksek kuantum hacmini duyurdu ve aynı zamanda "kuantum hegemonyasının" gelişini duyuran kuantum performansının "Moore Yasası" nı yayınladı. IBM tarafından yayınlanan "Moore'un Kuantum Hesaplama Yasası" na göre, kuantum hacmi her yıl en az iki katına çıkacak.
IBM, 2017'de Tenerife cihazında (5-kübit) 4 kuantum hacmine ulaştı; 2018'de IBM Q'nun (20-kübit) kuantum hacmi 8; 2019'da piyasaya sürülen en yeni IBM Q System One (20-kübit) cihaz IBM'in kuantum hacmi 16'ya ulaştı ve IBM, kuantum hacmini 2017'den bu yana her yıl ikiye katladı. IBM, 2020'de kuantum hegemonyasına ulaşmak için, yarıiletkenlerin "Moore Yasası" na çok benzeyen "Moore'un Kuantum Hesaplama Yasası" nı keşfetti ve önerdi. Kuantum bilgisayarların gerçekleştirdiği kuantum hacmi her yıl ikiye katlanacak.
10 yıl içinde kuantum hegemonyasına ulaşmak için IBM, bu konferansta özel bir performans endeksi olan Kuantum Hacmi (Kuantum Hacmi) önerdi. Kuantum hacmi, Quantum Advantage'ın (Quantum Advantage, Quantum Advantage olarak da bilinir) ilerlemesini ölçmek için temel bir performans göstergesidir. Etkileyen faktörler arasında kübit sayısı, geçit ve ölçüm hataları, cihaz çapraz iletişimi ve cihaz bağlantısı ve devre derleme verimliliği yer alır.
Kuantum uygulamaları, kuantum bilgisayarlara geleneksel bilgisayarların yeteneklerinin ötesinde büyük bir devrim getirebilir. IBM ayrıca "kuantum hacmi" kavramını ve anlamını da ayrıntılı olarak ele aldı. Kuantum hacmi ne kadar büyükse, kuantum bilgisayarın performansı o kadar güçlü ve çözebileceği daha pratik problemler. Belirli bir kuantum bilgisayarın performansı iki seviyede ifade edilebilir: ilki, çipteki temel kübitlerle ilgili ölçüm "kuantum cihazı", ikincisi ise tüm kuantum bilgisayar sisteminin performansıdır.
IBM, Q System One kuantum cihazlarının temel göstergelerini karşılaştırarak test sırasında kuantum hacminin performansını gösterir.
IBM'in ortalama iki kübitlik geçit hatası% 2'den azdır ve en iyi geçit hata oranı% 1'den azdır; ortalama, tutarlılık süresi ile 73 s ile sınırlıdır; ortalama iki bitlik hız hata oranı, tutarlılık sınırının iki katı (1,68 kat) içindedir, Bu sınır, T1 ve T2 kübitleri tarafından belirlenen teorik sınırdır (IBM QSystem One ortalama 74 s ve 69 s).
IBM'in Q System One'ın performansı, optimum performans / en düşük hata oranı sayısına yansıyabilir, denetimin neden olduğu hata çok küçüktür ve en yüksek kübitin aslına yakınlığına yakındır.
IBM, blogda bir makale yayınladı ve IBM Q Network sistemi "Tokyo" ve "Poughkeepsie" yi duyurdu ve ayrıca IBM Q Experience sistemi "Tenerife" nin performans verilerini açıkladı. System Q One'ın çeşitli modellerinin test sonuçlarına genel bir bakış yoluyla, "kuantum hacim" indeksinin nasıl test edileceğini ve bu indeksin nasıl hesaplanacağını ayrıntılı olarak açıklar. IBM, bildiride yeni metriğin "bir bilgisayar tarafından başarıyla uygulanan aynı genişlik ve derinliğe sahip en büyük rastgele devreyi ölçtüğüne" dikkat çekti ve bunun da hata oranıyla yakından ilişkili olduğuna dikkat çekti.
IBM'in en yüksek kuantum hacmini sunan System One'a ek olarak, IBM,% 2'nin altında bir ortalama 2-kübit geçit hata oranı ölçtü ki bu aynı zamanda kuantum bilgisayarlar arasındaki en düşük hata oranıdır ve en iyi geçit hata oranı% 1'den azdır. Kuantum bilgisayarlar için 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 gereklidir.
Şekil 4
2020'lerde kuantum avantajı elde etmek için IBMin kuantum Moore Yasası, kuantum hacminin her yıl en az iki katına çıkacağını açıkça belirtiyor. IBM Q Experience kuantum bulut hizmeti için sağlanan beş kübitlik cihaz olan Teumife, 2017'de 4 kuantum hacmine ulaştı, 2018'de Q 20'de 8 kuantum hacmi ve Q System One, 2019'da 16 kuantum hacmine ulaşarak yıllık ciroya ulaştı. Bir gol.
IBM'in Quantum Moore Yasası
Yarıiletken Moore Yasası
Gordon Moore tarafından 19 Nisan 1965'te önerilen "Moore Yasası" ile IBM'in en son "Kuantum Moore Yasası" nı karşılaştırarak, ikisi arasında birçok benzerlik bulabiliriz.
IBM'in kuantum sistemi için% 0,01'lik bir hata oranına ulaşmak için, tutarlılık süresinin 1-5 milisaniyeye çıkarılması gerekiyor, ancak bu hedefe ulaşmak için birçok zorluğun üstesinden gelinmesi gerekiyor. Sistem yol haritasını formüle ederken, bileşenlerin temel fiziksel özelliklerini incelemek ve 0,5 milisaniye (500 mikrosaniye, 15 milyon kalite faktörü ile) kadar tek bir süper iletken iletim kübitinin T1 gevşeme süresini ölçmek gerekir. Araştırma sonuçları, bu cihazların temel malzeme sınırlamasına sahip olmadığını göstermektedir.
IBM tarafından önerilen "kuantum hacmi" kavramı, aygıt performansının bir göstergesi olarak kullanılabilir, ancak endüstri bunun yerine yeni bir performans standardı da belirleyebilir.Örneğin, sistem performansıyla ilgili dolaşık kübitler, bir performans standardı olarak ölçüm ekipmanından çıkarılabilir.
GHZ oluşturulmadan önce
GHZ oluşturulduktan sonra
Çok kübit dolaşıklığı basit bir ölçüdür.N-kübit Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) durumunun tomografisini ve her kübitin farklı bir temelde projeksiyonunu sistem oluşturma durumunu yeniden oluşturmak için kullanır. Bilinmeyen kuantum durumlarının aynı topluluk sürecini tamamen tanımlayabilir ve hedef duruma göre deneysel durumun aslına uygunluğunu sağlayabilir.
Multi-qubit dolaşık durum tomografisi, ölçüm hatalarına karşı çok hassastır Hatanın neden olduğu teknik etki ortadan kaldırılmazsa, 4-qubit GHZ durumunun aslına uygunluğu 0.66'dır. Ancak, hatanın karşılığını belirlemek ve tomografi verilerini ölçmek ve düzeltmek için ek kalibrasyon ölçümleri yoluyla, aslına uygunluk 0,98'e yükseltildi. Ancak bu hata değerleri, durum hazırlama ve ölçüm hatalarından kaynaklanan istatistiksel gürültü ve sistem gürültüsünü içeren hata çubuklarını içermez. Qiskit Ignis'in ana hedefi, hata ve gürültü azaltmayı ölçmektir. Kuantum devrelerinin ve cihazlarının gürültüsünü anlamak ve azaltmak için bir çerçevedir.Ayrıca IBM'in açık kaynak kuantum geliştirme kiti Qiskit'in bir parçasıdır.
IBM Q System One'da gerçek dolanıklık durumunun ilk ölçümleri, sistemin toplamda 18 kübit dolaşık olduğunu ortaya çıkardı.
Gordon Moore 1965'te bir keresinde şöyle demişti: "Entegre elektronik teknolojisinin geleceği elektronik ürünlerin geleceğidir." IBM şimdi kuantum hesaplamanın geleceğinin bilgisayarın geleceği olacağına inanıyor.
