量子计算机性能测试：用镜像电路方法更快、更准确

美国桑迪亚国家实验室的研究人员设计出测量量子计算机性能标准的新方式（图片来源：网络）

近日，美国桑迪亚国家实验室设计出了一种新型基准测试方法，可预测量子处理器准确运行特定程序的可能性。这意味着，研究人员们可以通过新工具重新评估量子计算机在执行现实任务中的能力，从而更真实地反映量子计算机的真正潜力和局限性。

该研究发表在《Nature Physics 》上：相比于常规测试，镜像电路方法是一种更快、更准确、更有助于实用量子计算机研发的测试技术，并将大大加速医学、化学、物理、农业和国家安全等方面的研究。

桑迪亚国家实验室为量子计算机设计了一种更快、更准确的测试方式（图片来源：网络）

研究人员们一直在进行测量随机量子电路操作性能的工作。新的研究认为，传统的基准测试低估了许多量子计算错误，这将导致人们对量子计算机的实际性能产生理解偏差。

参与该研究的桑迪亚量子性能实验室成员、计算机科学家Timothy Proctor说，“量子计算社区的标准做法是仅使用随机、无序的程序来测量性能，但我们的测试结果表明，这并不精准。”

新研究表明，镜像电路提供了一种更准确的测试方法。根据该论文可知，镜像电路测试是一种计算机程序，它可以将数据进行正向和反向计算，并在以下三个方面表现出独特优势：

桑迪亚国家实验室计算机科学家、该论文的第一作者Tim Proctor。（图片来源：网络）

首先，镜像电路测试方法大大节省了测试时间，从而支持研究人员进行日益复杂的量子计算机性能测量的需求。大多数基准测试的思路是，在量子计算机和传统计算机上运行相同的指令集来检查错误，根据结果的匹配程度来确定是否存在错误。但由于量子计算机执行某些计算时的速度要远快于传统计算机，这使得研究人员可能需要很长时间来等待传统计算机出运行结果。

在镜像电路测试方法中，输入与输出的一致性，可以支持研究人员立即检查出量子计算机的测试结果。

其次，新方法揭示了传统性能评级中的缺陷。Tim Proctor团队发现，传统随机测试中忽略或低估了量子计算错误的复合影响。出现错误后，随着程序继续运行，错误率会变得更高，最终导致错误越来越多。通过模仿功能程序，桑迪亚实验室团队发现最终结果往往比随机测试显示的差异更大。

“镜像电路基准测试结果表明，当前量子计算机的性能在结构化程序中的可变性要比之前已知的要大得多。”

此外，镜像电路方法还有助于研究人员更深入地认识如何改进当前的量子计算机。“将镜像电路测试方法应用于当前的量子计算机中，可以帮助研究人员检测出更多错误——因为不同类型的错误对不同程序的影响程度不同。”Proctor说，“这是第一次在多量子比特处理器中观察到这些连带效应。镜像电路基准测试方法将是第一个大规模探索这些误差影响的工具。”

参考:

Timothy Proctor, Kenneth Rudinger, Kevin Young, Erik Nielsen & Robin Blume-Kohout：《Measuring the capabilities of quantum computers》2021.12.20, Nature Physics.

编译：李每

编辑：慕一

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