19 августа в хранилище препринтов научных работ Arxiv.org была отправлена работа "Demonstration of quantum volume 64 on a superconducting quantum computing system". В этой работе демонстрируется достижение "квантового объема" (далее я буду употреблять quantum volume или просто QV, т.к. я не уверен до конца, что этот термин переводим на русский) на сверхпроводниковом квантовом компьютере ibmq montreal, разработанном компанией IBM. Что интересно — улучшение достигнуто не за счет прямого увеличения числа кубитов, а за счет улучшения компилятора Qiskit, улучшения двух-кубитных гейтов и реализции новых схем чтения. В этой статье я постарался кратко обозначить основные разделы оригинальной работы, выложенной в ArXiv. И дальнейшее изложение следует разделам этой работы.
Что такое Quantum volume?
Это метрика, оценивающая общую производительность квантовых компьютеров в противовес простому числу кубитов. Quantum volume включает в себя, помимо числа кубитов, также производительность гейтов, компилятора, а также долю ошибок. Можно привести аналогию с классическими процессорами, где тактовая частота в чистом виде уже давно не играет ключевой роли, а важны также размеры кешей, поддерживаемые инструкции и т.д. Предыдущим опубликованным (в виде препринта или научной работы) рекордом было QV32, а также было заявление компании Honeywell о том, что они достигли QV64, но без публикации и деталей.
Улучшения компилятора
В работе авторы пишут о следующих улучшениях компилятора Qiskit:
- Новый алгоритм размещения и связи кубитов, основанный на формулировании задачи как задачи двоичного целочисленного программирования, который превосходит предыдущие state-of-the-art алгоритмы
- Pulse-efficient SU(4) decomposition — новая реализация, позволяющая уменьшить необходимое число и длительность пульсов
«Динамическое расцепление» (dynamic decoupling)
Dynamic decoupling — это обсуждавшаяся ранее (1, 2, 3) техника, которая позволяет более эффективно использовать кубиты параллельно, значительно повышая эффективность.
Прямая реализация CX-гейта
CX-гейт (что это за гейт можно посмотреть в Википедии) очень важен в квантовых алгоритмах, и улучшение его реализации позволит значительно повысить производительность (в том числе в сравнении с временем релаксации). В работе описывается новая схема управляющих сигналов, позволяющая улучшить работу этого гейта и снизить долю ошибок.
Инициализация состояний и чтение
Дополнительного улучшения удалось достигнуть за счет улучшения процедуры чтения состояний за счет реализации Excited State Promotion (ESP).
Заключение
От себя могу добавить следующее. Важность этой работы скорее в том, чтобы показать, что помимо простого наращивания числа кубитов или улучшения физической реализации, важно также улучшать программную составляющую — компиляторы и алгоритмы для квантовых компьютеров.
