衡量量子計算機性能的新型基準測試法出爐

科技日報北京12月23日電 (記者張夢然)量子計算機與體育界的狀元秀有什么共同點？兩者都吸引了眾多星探的關注。近日發表在《自然·物理學》上的鏡像電路方法，比傳統測試更快、更準確，將幫助科學家開發出最有可能導致世界上第一臺實用量子計算機的技術，大大加速醫學、化學、物理學、農業和國家安全研究。

量子計算機是可比超級計算機更快地執行某些任務的實驗機器，就像年輕的運動員一樣，不斷受到評估，因為它們有朝一日有可能成為改變游戲規則的技術。現在，“科學家星探”有了他們的第一個工具，來對一項前瞻性技術執行現實任務的能力進行排名，揭示其真正的潛力和局限性。美國桑迪亞國家實驗室設計的一種新型基準測試，可預測量子處理器無誤運行特定程序的可能性。

此前，量子計算界的標準做法是僅使用隨機、無序的程序來衡量性能。但新研究表明，傳統的基準測試低估了許多量子計算錯誤。這可能會導致人們對量子機器的強大或有用程度產生不切實際的期望。該論文稱，鏡像電路提供了一種更準確的測試方法。鏡像電路是一種計算機程序，它執行一系列計算，然后將其反轉。

新的測試方法還可以節省時間，這將有助于研究人員評估日益復雜的機器。大多數基準測試通過在量子機器和傳統計算機上運行相同的指令集來檢查錯誤。如果沒有錯誤，結果應該匹配。

由于量子計算機執行某些計算的速度比傳統計算機快得多，因此研究人員可能會花很長時間等待傳統計算機完成。然而，對于鏡像電路，輸出應始終與輸入或一些有意的修正相同。因此，科學家無需等待，而是可以立即檢查量子計算機的結果。

桑迪亞量子性能實驗室計算機科學家蒂莫西·普羅科特團隊發現，隨機測試忽略或低估了錯誤的復合影響。當錯誤加劇時，它會隨著程序的運行而變得更糟，就像一個走錯路線的運動員，隨著比賽的進行，離他應該去的地方越來越遠。

通過模擬功能程序，研究人員發現最終結果往往比隨機測試顯示的差異更大。普羅科特說：“我們的基準測試表明，當前量子計算機的性能在結構化程序上的可變性比之前已知的要大得多。”

鏡像電路方法還讓科學家們更深入地了解如何改進當前的量子計算機。普羅科特說：“通過將我們的方法應用于當前的量子計算機，我們能夠了解很多關于這些特定設備所遭受錯誤的信息——因為不同類型的錯誤對不同程序的影響程度不同。這是第一次在多量子位處理器中觀察到這些效應。我們的方法是第一個大規模探索這些誤差效應的工具。”