Перекрестный энтропийный бенчмаркинг

Кросс-энтропийный бенчмаркинг (также называемый XEB ) — это протокол квантового бенчмаркинга, который можно использовать для демонстрации квантового превосходства . В XEB случайная квантовая схема выполняется на квантовом компьютере несколько раз, чтобы собрать набор $k$ образцы в виде битовых строк $\{x_{1},\dots ,x_{k}\}$. Затем битовые строки используются для расчета эталонной точности перекрестной энтропии ( $F_{\rm {XEB}}$) через классический компьютер , заданный формулой

$F_{\rm {XEB}}=2^{n}\langle P(x_{i})\rangle _{k}-1={\frac {2^{n}}{k}}\left(\sum _{i=1}^{k}|\langle 0^{n}|C|x_{i}\rangle |^{2}\right)-1$,

где $n$ - количество кубитов в схеме и $P(x_{i})$ это вероятность битовой строки ${x_{i}}$ для идеальной квантовой схемы $C$. Если $F_{XEB}=1$, образцы были собраны с помощью бесшумного квантового компьютера. Если $F_{\rm {XEB}}=0$, то выборки можно было бы получить методом случайного угадывания. Это означает, что если квантовый компьютер действительно сгенерировал эти выборки, то он слишком шумный и, следовательно, не имеет шансов выполнить вычисления, выходящие за рамки классических. Поскольку для классического моделирования квантовой схемы требуется экспоненциальное количество ресурсов, наступает момент, когда самый большой суперкомпьютер, на котором работает лучший классический алгоритм моделирования квантовых схем, не может вычислить XEB. Пересечение этой точки известно как достижение квантового превосходства; и после входа в режим квантового превосходства XEB можно только оценить.

Процессор Sycamore первым продемонстрировал квантовое превосходство с помощью XEB. Примеры случайных цепей с $n=53$ и было проведено 20 циклов для получения XEB $0.0024$. Генерация образцов на квантовом процессоре заняла 200 секунд, тогда как на Саммите во время эксперимента это заняло бы 10 000 лет. Усовершенствования классических алгоритмов сократили время работы Sunway TaihuLight примерно до недели , тем самым разрушив претензии Sycamore на квантовое превосходство. По состоянию на 2021 год последняя демонстрация квантового превосходства Цзучунчжи 2.1 с $n=60$, 24 цикла и XEB $0.000366$ держит. Создание образцов на Zuchonzhi 2.1 занимает около 4 часов, тогда как на Sunway это заняло бы 10 000 лет.

См. также

• Выборка бозонов