Является ли «Квантовый объем» справедливой метрикой для будущих, сложных, дорогостоящих квантовых вычислений?

Метрика, называемая «квантовый объем», была предложена для того, чтобы как-то сравнить полезность различных аппаратных средств квантовых вычислений. Грубо говоря, он измеряет их ценность квадратом максимальной глубины квантовых вычислений, которые он допускает, но ограничивает его значение квадратом участвующих кубитов. Этот предел оправдан желанием предотвратить «игру» системы путем оптимизации в сторону нескольких кубитов. Одна ссылка - https://arxiv.org/abs/1710.01022 .

Я обеспокоен тем, что эта мера, как бы она ни была хороша для шумных устройств краткосрочных квантовых вычислений, скрывает фактические улучшения качества для более продвинутых квантовых компьютеров (тех, которые имеют высокую точность квантовых затворов). Вопрос в том, оправдана ли эта обеспокоенность?

Аргумент, который стоит за моим беспокойством, заключается в предположении, что потенциальные приложения-убийцы для квантовых компьютеров, например квантово-химические вычисления, потребуют вычислений с глубиной затвора, намного большей, чем (потенциально скромное) количество требуемых кубитов. В этом случае «квантовый объем» будет ограничен квадратом числа кубитов, независимо от того, разрешает ли один квантовый компьютер (с особенно высокой точностью) по существу неограниченную глубину или только для достижения минимальной глубины затвора ограничение «квантового объема» квадратом числа кубитов. Один из аспектов моего вопроса: верен ли этот аргумент?

Квантовый объем, вероятно, полезен только в качестве метрики для небольших шумных компьютеров.

Невозможно изобрести какую-либо однозначную метрику, которая идеально подходит для всех задач. Даже на классических компьютерах такие показатели, как Dhrystone или Windows Performance Index, в лучшем случае позволяют прогнозировать производительность в реальных задачах. И наоборот, предоставление более одного числа потенциально может быть гораздо более информативным. В рамках квантового объема я предлагаю при характеристике QPU давать квантовый объем в качестве «исполнительного резюме», а также указывать для диапазона различных чисел кубита глубины схемы d ( N ) . Сравнивая d ( N $N$$d(N)$$d(N)$до необходимой глубины, и кубиты будут предиктивными, по крайней мере, в той степени, в которой приложения-убийцы будут напоминать модельные схемы последовательностей параллельных случайных на случайных парах кубитов.$SU(4)$

Квантовый объем предназначен для правильной реализации модельных цепей, поэтому для его измерения необходимо моделировать эти схемы, чтобы сравнить выход QPU с идеальными результатами. Моделирование практично только для сравнительно небольшого количества кубитов или небольшой глубины, поэтому измерять квантовый объем возможно только для небольших / шумных устройств (без дополнительных предположений). К счастью, когда ширина / глубина достигает предела симуляции (очень приблизительно около $N\simeq d\simeq 50$), это когда шум должен быть достаточно низким, чтобы мы могли начать использовать такое устройство для реализации логических кубитов. Определение соответствующих метрик для логических кубитов является открытым вопросом. Акцент переключается с «Может ли этот алгоритм работать вообще?» на «Сколько времени займет этот алгоритм?» и показатели, безусловно, будут сильно отличаться, включая время логических элементов.

$10^{15}$$10^{13}$

$10^{13}$ $10^{13}$

$10^3$$10^9$$10^9$$10^6$

$d$$d^2$

$10^9$$10^3$