Шумная квантовая эра промежуточного масштаба
Текущее состояние квантовых вычислений [ 1 ] называется шумных квантов промежуточного масштаба ( NISQ ) эрой , [ 2 ] [ 3 ] характеризуются квантовыми процессорами, содержащими до 1000 кубитов , которые еще недостаточно развиты для обеспечения отказоустойчивости или недостаточно велики для достижения квантового преимущества . [ 4 ] [ 5 ] Эти процессоры, чувствительные к окружающей среде (шумящие) и склонные к квантовой декогеренции , пока не способны осуществлять непрерывную квантовую коррекцию ошибок . Этот промежуточный масштаб определяется квантовым объемом , который основан на умеренном количестве кубитов и точности вентиля . Термин NISQ был придуман Джоном Прескиллом в 2018 году. [ 6 ] [ 2 ]
Согласно схеме Microsoft Azure Quantum, вычисления NISQ считаются уровнем 1, самым низким из уровней реализации квантовых вычислений. [ 7 ] [ 8 ]
В октябре 2023 года отметку в 1000 кубитов впервые преодолел квантовый процессор Atom Computing на 1180 кубитов. [ 9 ] Однако по состоянию на 2024 год только два квантовых процессора будут иметь более 1000 кубитов, а квантовые процессоры менее 1000 по-прежнему останутся нормой. [ 10 ]
Алгоритмы
[ редактировать ]Алгоритмы NISQ — это квантовые алгоритмы, разработанные для квантовых процессоров эпохи NISQ. Типичными примерами являются вариационный квантовый собственный решатель (VQE) и алгоритм квантовой аппроксимированной оптимизации (QAOA), которые используют устройства NISQ, но перекладывают некоторые вычисления на классические процессоры. [ 2 ] Эти алгоритмы оказались успешными в квантовой химии и имеют потенциальное применение в различных областях, включая физику, материаловедение, науку о данных, криптографию, биологию и финансы. [ 2 ] Однако из-за шума во время выполнения схемы часто требуются методы уменьшения ошибок. [ 11 ] [ 5 ] [ 12 ] [ 13 ] Эти методы представляют собой способ уменьшения влияния шума за счет запуска набора схем и применения постобработки к измеренным данным. В отличие от квантовой коррекции ошибок , где ошибки постоянно обнаруживаются и исправляются во время работы схемы, для устранения ошибок можно использовать только конечный результат работы зашумленной схемы.
За пределами эпохи NISQ
[ редактировать ]Создание компьютера с десятками тысяч кубитов и достаточным исправлением ошибок в конечном итоге положило бы конец эпохе NISQ. [ 4 ] Эти устройства, превосходящие NISQ, смогут, например, реализовать алгоритм Шора для очень больших чисел и взламывать шифрование RSA . [ 14 ]
В апреле 2024 года исследователи из Microsoft объявили о значительном снижении частоты ошибок, для которых требовалось всего 4 логических кубита, предполагая, что квантовые вычисления в большом масштабе могут быть реализованы не десятилетиями, а годами. [ 15 ]
См. также
[ редактировать ]- Квантовая теория сложности
- Квантовый шум
- Список компаний, занимающихся квантовыми вычислениями или связью
- Список квантовых процессоров
- Хронология квантовых вычислений и связи
- Квантовая информация
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Учёные, занимающиеся квантовыми компьютерами: дайте им лимоны, и они сделают лимонад» . www.aps.org . Проверено 29 июня 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Брукс, Майкл (03 октября 2019 г.). «За пределами квантового превосходства: охота за полезными квантовыми компьютерами» . Природа . 574 (7776): 19–21. Бибкод : 2019Natur.574...19B . дои : 10.1038/d41586-019-02936-3 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 31578489 .
- ^ «Квантовые компьютеры в 2023 году: как они работают, что делают и куда движутся» . Разговор . Проверено 15 января 2024 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Инженеры демонстрируют квантовое преимущество» . ScienceDaily . Проверено 29 июня 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Что такое квантовые вычисления?» . ТехСпот . 28 июня 2021 г. Проверено 29 июня 2021 г.
- ^ Прескилл, Джон (6 августа 2018 г.). «Квантовые вычисления в эпоху NISQ и за ее пределами» . Квантовый . 2 : 79. arXiv : 1801.00862 . Бибкод : 2018Количество...2...79P . doi : 10.22331/кв-2018-08-06-79 . S2CID 44098998 .
- ^ Мэтт Суэйн. «Криста Своре из Microsoft Quantum предлагает заглянуть в квантовое будущее» . Квантовый инсайдер . Проверено 1 июля 2024 г.
- ^ «Azure Quantum | Уровни реализации квантовых вычислений» . Quantum.Microsoft.com . Проверено 2 июля 2024 г.
- ^ Алекс Уилкинс. «Рекордный квантовый компьютер имеет более 1000 кубитов» . Новый учёный . Проверено 18 апреля 2024 г.
- ^ Кармела Падавик-Каллаган. «Квантовый компьютер IBM «Кондор» имеет более 1000 кубитов» . Новый учёный . Проверено 18 апреля 2024 г.
- ^ «Квантовые компьютеры уже распутывают тайны природы» . Проводная Великобритания . ISSN 1357-0978 . Проверено 29 июня 2021 г.
- ^ Риттер, Марк Б. (2019). «Ближайшие квантовые алгоритмы для квантовых систем многих тел» . Физический журнал: серия конференций . 1290 (1): 012003. Бибкод : 2019JPhCS1290a2003R . дои : 10.1088/1742-6596/1290/1/012003 . ISSN 1742-6588 .
- ^ Цай, Чжэньюй; Бэббуш, Райан; Бенджамин, Саймон С.; Эндо, Сугуру; Хаггинс, Уильям Дж.; Ли, Ин; МакКлин, Джаррод Р.; О'Брайен, Томас Э. (13 декабря 2023 г.). «Квантовое устранение ошибок» . Преподобный Мод. Физ . 95 (3): 032338. arXiv : 2210.00921 . doi : 10.1103/RevModPhys.95.045005 .
- ^ О'Горман, Джо; Кэмпбелл, Эрл Т. (31 марта 2017 г.). «Квантовые вычисления с реалистичными фабриками магических состояний» . Физический обзор А. 95 (3): 032338. arXiv : 1605.07197 . Бибкод : 2017PhRvA..95c2338O . дои : 10.1103/PhysRevA.95.032338 . ISSN 2469-9926 . S2CID 55579588 .
- ^ Мария Королева. «Что означает достижение Microsoft в области исправления ошибок для пригодных для использования квантовых вычислений» . Сетевой мир . Проверено 1 июля 2024 г.
