原標(biāo)題：量子摩爾定律問世,！量子體積每年翻番，10年內(nèi)實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)

IBM今天宣布量子計(jì)算新里程碑：迄今為止最高的量子體積,！與此同時(shí),，IBM發(fā)布了量子性能的“摩爾定律”，宣布其“量子霸權(quán)”時(shí)間表：為了在10年內(nèi)實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán),，需要每年將量子體積至少增加一倍,。

量子摩爾定律來了！

在近日召開的2019年美國物理學(xué)會(huì)三月會(huì)議上,，IBM拋出了這個(gè)概念,。

在這次會(huì)議上，IBM宣布它最新型的量子計(jì)算機(jī),、今年1月在CES上亮相的全球首臺(tái)商用量子計(jì)算一體機(jī)IBM Q System One提供了“迄今為止最高的量子體積”,。

“量子體積”(Quantum Volume)是IBM 提出的一個(gè)專用性能指標(biāo)，用于測量量子計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大程度,，其影響因素包括量子比特?cái)?shù),、門和測量誤差、設(shè)備交叉通信,、以及設(shè)備連接和電路編譯效率等,。

因此，量子體積越大,，量子計(jì)算機(jī)的性能就越強(qiáng)大，能夠解決的實(shí)際問題就越多,。

重要的是,，IBM發(fā)現(xiàn)量子體積遵循一種“摩爾定律”：其量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的量子體積，每年增加一倍：

• 2017年IBM的Tenerife設(shè)備(5-qubit)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了4量子體積,；

2018 年的IBM Q 設(shè)備(20-qubit),，其量子體積是8；

2019 年最新推出的IBM Q System One(20-qubit),，量子體積達(dá)到16.

也就是說,，自2017年以來，IBM每年將量子體積翻了一番。

這種倍增與摩爾定律非常相似,。摩爾定律由英特爾創(chuàng)始人之一的戈登?摩爾提出,，即：

集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔兩年便會(huì)增加一倍

IBM還制定了一個(gè)雄心勃勃的時(shí)間表：為了在2020年代實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán),，我們需要每年至少增加一倍的量子體積,！

量子體積是什么？

IBM 在博客上發(fā)布了對(duì)System Q One 的幾個(gè)模型測試結(jié)果的概述,。

當(dāng)然,，重點(diǎn)的測量指標(biāo)是“量子體積”，團(tuán)隊(duì)還發(fā)表了一篇論文,，詳細(xì)描述了這個(gè)指標(biāo)以及如何計(jì)算,。

在論文中，他們指出,，新的度量標(biāo)準(zhǔn)“量化了計(jì)算機(jī)成功實(shí)現(xiàn)的最大寬度和深度相同的隨機(jī)電路”,，并指出它還與錯(cuò)誤率密切相關(guān)。

除了提供迄今為止最高的量子體積之外,，IBM Q System One 的性能還反映了IBM 所測量到的最低錯(cuò)誤率,，平均2-qubit gate 的錯(cuò)誤率小于2%，其最佳gate 的錯(cuò)誤率小于1%,。

低錯(cuò)誤率很重要,，因?yàn)橐霕?gòu)建功能完備、大規(guī)模,、通用,、容錯(cuò)的量子計(jì)算機(jī)，需要較長的相干時(shí)間和較低的錯(cuò)誤率,。

量子體積是衡量量子霸權(quán)(Quantum Advantage, 又稱量子優(yōu)勢) 進(jìn)展的一個(gè)基本性能指標(biāo),，在這一點(diǎn)上，量子應(yīng)用程序帶來了超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)本身能力的重大,、實(shí)際的好處,。

接下來，詳細(xì)闡述“量子體積”的概念和意義,。

IBM對(duì)Q System One進(jìn)行了詳細(xì)的基準(zhǔn)測試,，并在博客中公布IBM Q Network系統(tǒng)“Tokyo”和“Poughkeepsie”以及公開發(fā)布的IBM Q Experience系統(tǒng)“Tenerife”的一些性能數(shù)據(jù)。

特定量子計(jì)算機(jī)的性能可以在兩個(gè)層面上表示：與芯片中基礎(chǔ)量子位相關(guān)的度量,，我們稱之為“量子器件”,，以及整體系統(tǒng)性能。

下表比較了四個(gè)最近的IBM Q系統(tǒng)中量子器件的基本指標(biāo)：

IBM Q System One的性能可以體現(xiàn)在測得的一些最優(yōu)性能/最低錯(cuò)誤率數(shù)字中,。平均兩個(gè)量子比特門誤差小于2％,，最佳門錯(cuò)誤碼率小于1％,。