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「霍尼韦尔」谷歌、IBM、霍尼韦尔...谁是最强量子计算机？量子体积告诉你( 二 )


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图5：量子随机线路模型⑧
在量子体积中 ， 量子比特的数量和可执行操作的逻辑深度作为同等重要的因素被考虑 。
逻辑深度：在不同比特上并行执行的操作 ， 可以简单理解为上图的层数 ， 上图的逻辑深度为d 。
量子体积被定义为指数形式：
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其中n表示在给定比特数目m（m>n）和完成计算任务的条件下系统操作的最大逻辑深度 。
如果芯片能执行的最大逻辑深度n大于比特数m ， 那么系统的量子体积就是
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图6：影响量子体积的因素⑨
量子体积并不是一个单一的指标 ， 它与量子芯片的整体性能息息相关 。
它与系统门操作的整体错误率、比特关联、门操作并行度等都有关 。 因而 ， 它评估的是量子计算机的整体计算性能 ， 表明了量子计算机可以解决的问题的相对复杂性 。
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图7：IBM Q量子计算系统⑩
IBM的研究人员称：最大化量子体积就是在这些不同的参数之间进行权衡 ， 并找出新的方法来突破这些界限 。 这就是为什么量子体积度量是如此重要 ， 它可以指导研究 ， 不会因为某些部分性能的提升损害其它性能 ， 导致整体性能下降 。
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图8：IBM量子体积增长趋势?
用量子体积这一更综合的指标来评估已有的量子计算机 ， 我们可以看到IBM量子计算机的性能一直在增长 。
虽然Google、Rigetti和IonQ目前还没有公布其量子计算机的量子体积 ， 但是不排除未来它们也会将量子体积作为量子计算机的一个性能参考指标 。
可以预见 ， 随着量子计算的不断发展 ， 量子体积将是一个更为合理的评价量子计算机的性能的指标 。
参考资料
①Pino J M, Dreiling J M, Figgatt C, et al. Demonstration of the QCCD trapped-ion quantum computer architecture[J]. arXiv preprint arXiv:2003.01293, 2020.
②https://techcrunch.com/2020/03/03/honeywell-says-it-will-soon-launch-the-worlds-most-powerful-quantum-computer/
③Arute F, Arya K, Babbush R, et al. Quantum supremacy using a programmable superconducting processor[J]. Nature, 2019, 574(7779): 505-510.
④https://rigetti.com/
⑤https://ionq.com/
⑥https://www.originqc.com.cn/
⑦https://quantumcomputingreport.com/scorecards/qubit-quality/
⑧Cross A W, Bishop L S, Sheldon S, et al. Validating quantum computers using randomized model circuits[J]. Physical Review A, 2019, 100(3): 032328.
⑨https://www.forbes.com/sites/moorinsights/2019/11/23/quantum-volume-a-yardstick-to-measure-the-power-of-quantum-computers/#3d47f6735bf4
⑩https://www.neowin.net/news/ibm-q-announces-a-host-of-new-tools-geared-towards-making-quantum-computing-more-accessible/
?https://www.ibm.com/blogs/research/2020/01/quantum-volume-32/
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文章投稿：oqc@originqc.com
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