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量子體積:量子計算機的威力
——如何量化量子計算機的功能

衡量一臺量子計算機的能力,需要一種能夠概括復雜操作的測量方法。

量子體積是一種可以用于度量既定量子計算機有效性的指標。

目前業內各種量子硬件平臺有著一系列不同的性能指標,即便對專家而言,也難以辨別各種量子計算機的整體性能。因此,IBM提出的量子體積這樣簡單的度量指標很有必要。

霍尼韋爾量子解決方案首席科學家Patty Lee博士表示:“量子計算機的量子體積越大,那么它就可以處理越復雜的問題。我們將要發布的量子計算機所能執行的量子電路規模要大于目前業內任何其它量子計算機。”

霍尼韋爾將在2020年年中發布的量子計算機,其量子體積將至少達到64。

“它代表的是量子比特的質量,” Moor Insights資深量子計算分析師Paul Smith-Goodson說。Moor Insights & Strategy為包括霍尼韋爾在內的業內諸多高科技公司提供分析、建議和咨詢服務。

“它代表了霍尼韋爾在量子計算機設計方面所取得的卓越成就。”

如何計算量子體積

多種因素和復雜的計算決定了量子體積。

其中一個因素就是量子計算機中的量子比特數量。量子比特是利用量子物理的計算比特。

其它因素還包括用于計算的量子操作中的錯誤率、系統中量子比特之間的關聯性和串擾、以及執行操作的編譯器的性能。

與立方體的體積不同,量子體積并不是以簡單的乘法來進行衡量的,而是需要執行一套復雜的統計檢驗。

下面是量子體積指標的主要組成部分:

1. 量子比特的數量

最簡單的量化方法是量子計算機中的物理量子比特數量。

在傳統計算機中,比特狀態有“0”或者“1”。

但是在量子計算機中,量子比特狀態可以是“0”或“1”,也可以同時是“0”和“1”。

這就是量子物理的疊加特性。

量子比特的數量很重要,因為它們是量子計算機的基本要素。但是為了確定量子計算機的完整性能,我們還需要考慮另外兩個因素。

2.錯誤率

就像打高爾夫一樣,錯誤率總是越低越好。系統的極限錯誤率量化了其給出錯誤結果的頻率。

錯誤率包含了可能不會出現在單個量子比特中的系統性錯誤。

總體錯誤率對于確定計算的準確率而言非常重要。

3.  量子比特的關聯性

最后,關聯性也是決定量子體積的重要因素之一。

關聯性決定了量子計算機中哪些量子比特對可以被糾纏在一起。有些硬件可以直接將系統中的任意兩個物理量子比特糾纏到一起進行操作。其它硬件則只能對相鄰的量子比特對進行操作。

當量子比特完全關聯之后,它們就能更高效地執行算法,以更少的步驟解決問題,并且充分利用量子比特有限的相干時間。

隨著量子體積的增大,人們可以更快地使用量子計算機解決真正復雜的問題。

“這意味著我們可以通過量子計算做到更多過去遙不可及的事情,”分析師Smith-Goodson說。

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