Quantum计算机的性能基准提升

能源部橡木岭国家实验室的研究人员开发了一种量子化学模拟基准测试，可以评估量子设备的性能，并指导对未来量子计算机的应用的开发。

他们的调查结果在NPJ量子信息中发表。

量子计算机使用量子力学和称为Qubits的单元的定律大大增加了可以传输和处理信息的阈值。然而，传统的“比特”具有0或1的值，而Qubits以0和1的值或其任何组合编码，允许用于存储数据的大量可能性。

虽然仍处于早期阶段，但量子系统有可能与当今领先的古典计算系统具有呈指数强大的潜力，并承诺彻底改变材料，化学，高能量物理和整个科学频谱的研究。

但由于这些系统处于相对阶段，了解应用程序非常适合其独特的架构是被认为是一个重要的研究领域。

ORNL研究团队领导正在开发基于量子化学模拟的量子计算机的准确性和性能的通用基准。基准将帮助社区评估和开发新的量子处理器。（下面的左图：用于测试RBH分子的量子电路之一的示意图。左上：使用的分子轨道。右上方：使用底部左电路获得RBH的实际结果）。

“我们目前正在运行相当简单的科学问题，代表了我们认为这些系统将来有助于我们在将来解决的问题的问题，”量子测试平探查器项目的主要调查员奥诺拉的Raphael Pooser。“这些基准使我们能够了解未来的量子系统在解决类似的情况下，虽然呈指数更复杂，模拟。”

Pooser和他的同事计算了20个Qubit IBM Tokyo和16 QUBIT Rigetti Aspen处理器的碱氢化物分子的结合状态能量。这些分子很简单，它们的能量很好地理解，使它们能够有效地测试量子计算机的性能。

通过将量子计算机调谐为几个参数的函数，该团队用化学精度计算了这些分子的绑定状态，在经典计算机上使用模拟获得了化学精度。同样重要的是，量子计算还包括系统误差缓解，照亮了当前量子硬件中的缺点。

当电流量子架构中固有的“噪声”影响其操作时，会发生系统错误。由于量子计算机非常精细（例如，ORNL团队使用的Qubits在稀释冰箱中保存在稀释冰箱中，约为20毫克（或超过-450华氏度），周围环境的温度和振动可以创造出熄灭的不稳定性他们的准确性。例如，这种噪声可能导致量子位旋转21度而不是所需的20，极大地影响计算的结果。

“这个新的基准测试表征了”混合状态“，或环境和机器的交互方式非常好，”Pooser说。“这项工作是朝着衡量量子计算机性能的通用基准的关键步骤，就像Linpack指标一样用于判断世界上最快的经典计算机。”

虽然计算相当简单，但与奥诺尔峰会等领先的经典系统（如Ornl的峰会）相比，目前被排名为世界上最强大的计算机，Quantum Chemistry以及核物理学和量子场理论，而是被认为是一个量子的“杀手应用程序”。换句话说，据信，随着它们的发展量子计算机将能够更准确，更有效地执行与当前操作中的任何经典计算机一起的化学相关的计算，包括峰会。

“目前的基准是迈向全面的基准和指标套件的第一步，可以控制不同科学域的量子处理器的性能，”Ornl Quantum Chemist Jakowski说。“我们希望它随着量子计算硬件改善而随着时间的推移而发展。Ornl在领域科学，计算机科学和高性能计算方面的巨大专业知识使其成为创建这款基准套件的理想场所。“

ORNL一直计划通过量子计算，网络，传感和量子材料中的专用研究程序等Quantum的范式转换平台。这些努力旨在加速了解近期量子计算资源如何有助于解决当今最艰巨的科学挑战，并支持最近宣布的国家量子倡议，以确保美国在量子科学，特别是计算中的联邦努力。

此类领导力将需要Summit等系统，以确保从OSNL团队使用的设备中稳定的3月，以较大级别的量子系统呈指数增强更强大于今天的任何操作。

橡树岭领导计算设施的Quantum Computing用户程序提供了IBM和Rigetti处理器，该计算设施提供了早期访问现有的商业量子计算系统，同时通过教育外联和实习计划支持未来量子程序员的开发。对研究的支持来自Doe的科学办公室先进科学计算计划。

“这个项目有助于更好地了解如何工作，因为他们在他们的使命中努力实现量子计算在解决当今最大的科学和国家安全挑战方面的潜力，”这是什么。“

接下来，团队计划计算这些分子的指数更复杂的激发态，这将有助于他们设计进一步的新型错误缓解方案，并使实际量子计算的可能性更接近现实。

参考：“Quantum Chemistrics作为近期量子计算机的基准”，由Alexander J. McCaskey，Zachary P. Parks，Jacek Jakowski，Shirley V. Moore，Titus D. Morris，Travis S.谦逊和Raphael C. Pooser，2019年11月15日，NPJ Quantum Information.doi：
10.1038 / S41534-019-0209-0.