在近日召開的 2019 年美國物理學會三月會議上，IBM宣布實現(xiàn)了一個新的科學里程碑：迄今為止最高的量子體積(Quantum Volume)。

量子體積是由 IBM 提出的一個專用指標，用于測量量子計算機的強大程度，其影響因素包括門(Gate)和測量誤差(Measurement Errors)、設備交叉通信(Device Cross Talk)以及設備連接(Device Connectivity)和電路編譯效率(Circuit Complier Efficiency)等。它所遵循的規(guī)律是：量子體積越大，量子計算機可能解決的實際復雜問題就越多。這些復雜問題包括，化學模擬、財務風險建模、供應鏈優(yōu)化等。

量子處理能力指數(shù)級增長預測

IBM 量子體積增長圖

自 2017 年以來，IBM 每年都實現(xiàn)了量子計算機計算能力的倍增。2016 年 5 月，IBM 的量子計算機通過其 IBM Q Experience 量子云服務首次向公眾開放。

IBM 近期推出的 IBM Q System One 量子計算機，搭載第四代 20 量子比特處理器，其量子體積高達 16，大約是當前20 量子比特 IBM Q Network設備的兩倍，當前設備的量子體積是 8。

IBM Q System One

?決定量子體積的因素有很多，包括:

量子比特數(shù)量(Number of Qubits)

設備連接(Connectivity)

相干時間(Coherence Time)

門和測量誤差(Gate and Measurement Errors)

設備交叉通信(Device Cross Talk)

電路軟件編譯效率(Circuit Software Compiler Efficiency)等

除了達到迄今為止最高的量子體積之外，IBM Q System One 的性能還反映了 IBM 所測量到的最低錯誤率，平均 2 量子比特門的錯誤率小于2%，其最佳門的錯誤率小于 1%。要想構建功能完備、大規(guī)模、通用且容錯的量子計算機，需要較長的相干時間和較低的錯誤率。

量子體積是衡量量子優(yōu)勢進展的一個基本性能指標，在這一點上，量子應用帶來了超越經(jīng)典計算機能力的實際好處，意義重大。IBM Q Network 的合作伙伴已開始研究準確模擬電動車電池化學組成、金融衍生品定價二次方加速等許多潛在用例。為了在本世紀 20 年代獲得量子優(yōu)勢，IBM 認為需要每年至少將“量子體積”增加一倍。

量子處理能力指數(shù)級增長預測

戈登?摩爾在 1965 年進行的經(jīng)典計算系統(tǒng)處理能力指數(shù)級增長預測

戈登·摩爾在 1965 年發(fā)表了論文“在集成電路中容納更多的元器件(Cramming more components onto integrated circuits)”。在這篇論文中，戈登·摩爾提出了著名的摩爾定律：經(jīng)典計算機每個集成電路上元器件的數(shù)量將會呈指數(shù)級增長。IBM Q 系統(tǒng)自 2017 年推出以來，也呈現(xiàn)出類似的早期增長模式，這也支持了之前的一個假設：若要獲得量子優(yōu)勢，量子體積需要每年增加一倍。

IBM研究院專門負責量子驗證的 IBM Q 量子性能團隊主管 Sarah Sheldon 博士表示：“目前，我們正在建立量子計算路線圖，因為我們的 IBM Q 團隊一直在推動實現(xiàn)‘讓量子計算為科學和業(yè)務帶來真正的影響’這一目標。盡管我們在量子計算領域已經(jīng)實現(xiàn)了一些科學突破，也在研究一些早期用例，但我們的目標是繼續(xù)推動量子體積的提升，最終彰顯量子優(yōu)勢?！?/p>

IBM 在 APS 大會上

IBM 院士 Jay Gambetta 博士受邀于3 月 8 日（周五）在APS 上進行了一場主題為“NISQ-Era 量子處理器基準測試”(Benchmarking NISQ-Era Quantum Processors)的演講，為與會者展示了 IBM Q System One 及其他 IBM Q 系統(tǒng)的基準測試數(shù)據(jù)，并介紹了量子體積在實現(xiàn)量子優(yōu)勢中的重要性。IBM Q 科學家 Lev Bishop 博士也在 APS 三月會議上進行了主題為“X35.00001：有助于提升 transmon 處理器量子體積的軟件和硬件”(X35.00001:Software and Hardware for Improved Quantum Volume of Transmon Processors )的演講（3 月 8 日），深入地解讀了這些基準測試結果。有關 IBM 量子計算機基準測試的更多詳情，請參閱 IBM 研究院博客：https://www.research.ibm.com

IBM Q 科學家及其同事的研究成果在 APS 三月會議上通過超過 35 場演講揭開了神秘面紗。

關于 IBM Q

IBM Q 是業(yè)內首個量子計算計劃，旨在構建商用通用量子計算系統(tǒng)，為商業(yè)和科學應用提供服務。有關 IBM 在量子計算領域的更多信息，