Benchmark QPU baru akan menunjukkan ketika komputer kuantum melampaui kemampuan komputasi yang ada, kata para ilmuwan
Benchmark komputasi kuantum baru telah mengungkapkan kekuatan dan kelemahan beberapa unit pemrosesan kuantum (QPU).
Tes pembandingan, yang dipimpin oleh tim di Jülich Research Center di Jerman, membandingkan 19 QPU berbeda dari lima pemasok-termasuk IBM, Quantinuum, IONQ, Rigetti dan IQM-untuk menentukan chip mana yang lebih stabil dan dapat diandalkan untuk komputasi kinerja tinggi (HPC).
Sistem kuantum ini diuji baik pada “lebar” yang berbeda (jumlah total qubit) serta “kedalaman” yang berbeda untuk gerbang 2-ubit. Gerbang adalah operasi yang bertindak dua terjerat Qubit secara bersamaan, dan kedalaman mengukur panjang sirkuit – dengan kata lain, kompleksitas dan waktu eksekusi.
QPU IBM menunjukkan kekuatan terbesar dalam hal kedalaman, sedangkan Quantinuum berkinerja terbaik dalam kategori lebar (di mana jumlah qubit yang lebih besar diuji). QPU dari IBM juga menunjukkan peningkatan kinerja yang signifikan di seluruh iterasi, terutama antara yang sebelumnya Eagle dan generasi chip heron yang lebih baru.
Hasil ini, diuraikan dalam studi yang diunggah 10 Februari ke preprint arxiv Database, menunjukkan bahwa peningkatan kinerja dapat dikaitkan tidak hanya dengan perangkat keras yang lebih baik dan lebih efisien, tetapi juga peningkatan dalam firmware dan integrasi gerbang fraksional – gerbang khusus yang tersedia di heron dapat mengurangi kompleksitas sirkuit.
Namun, versi terbaru dari chip Heron, dijuluki IBM Marrakesh, tidak menunjukkan peningkatan kinerja yang diharapkan, meskipun memiliki setengah kesalahan per gerbang berlapis (EPLG) dibandingkan dengan QPU raksasa komputasi sebelumnya, IBM FEZ.
Di luar komputasi klasik
Perusahaan yang lebih kecil juga mendapat keuntungan yang relatif besar. Yang penting, satu chip kuantinuum melewati tolok ukur dengan lebar 56-qubit. Ini penting karena mewakili kemampuan sistem komputasi kuantum untuk melampaui komputer klasik yang ada dalam konteks tertentu.
“Dalam kasus Quantinuum H2-1, percobaan 50 dan 56 qubit sudah di atas kemampuan simulasi yang tepat dalam sistem HPC dan hasilnya masih bermakna,” tulis para peneliti dalam studi pracetak mereka.
Secara khusus, chip Quantinuum H2-1 menghasilkan hasil pada 56 qubit, menjalankan tiga lapisan algoritma optimasi perkiraan kuantum linear ramp quantum (LR-QAOA)-algoritma benchmarking-yang melibatkan 4.620 gerbang dua ubit.
“Sejauh pengetahuan kami, ini adalah implementasi terbesar dari QAOA untuk menyelesaikan masalah optimisasi kombinatorial FC pada perangkat keras kuantum nyata yang disertifikasi untuk memberikan hasil yang lebih baik daripada tebakan acak,” kata para ilmuwan dalam penelitian ini.
FEZ IBM mengelola masalah pada kedalaman tertinggi dari sistem yang diuji. Dalam tes yang mencakup masalah 100-qubit dengan menggunakan hingga 10.000 lapisan LR-QAOA (hampir satu juta gerbang dua-qubit) FEZ menyimpan beberapa informasi yang koheren sampai hampir 300-lapis. QPU berkinerja terendah dalam pengujian adalah ANKAA-2 dari Rigetti.
Tim mengembangkan tolok ukur untuk mengukur potensi QPU untuk melakukan aplikasi praktis. Dengan mengingat hal itu, mereka berusaha merancang tes dengan seperangkat aturan yang jelas dan konsisten. Tes ini harus mudah dijalankan, platform agnostik (sehingga dapat bekerja dengan rentang sistem kuantum seluas mungkin) dan memberikan metrik yang bermakna yang terkait dengan kinerja.
Benchmark mereka dibangun di sekitar tes yang disebut Maxcut Problem. Ini menyajikan grafik dengan beberapa simpul (node) dan tepi (koneksi) kemudian meminta sistem untuk membagi node menjadi dua set sehingga jumlah tepi antara kedua himpunan bagian maksimal.
Ini berguna sebagai tolok ukur karena secara komputasi sangat sulit, dan kesulitannya dapat ditingkatkan dengan meningkatkan ukuran grafik, kata para ilmuwan di koran.
Suatu sistem dianggap telah gagal dalam tes ketika hasilnya mencapai keadaan campuran yang sepenuhnya – ketika mereka tidak dapat dibedakan dari sampler acak.
Karena tolok ukur bergantung pada protokol pengujian yang relatif sederhana dan terukur, dan dapat menghasilkan hasil yang bermakna dengan set sampel kecil, cukup murah untuk dijalankan, para ilmuwan komputer menambahkan.
Benchmark baru bukan tanpa kekurangannya. Kinerja tergantung, misalnya, pada parameter jadwal tetap, yang berarti bahwa parameter diatur sebelumnya dan tidak disesuaikan secara dinamis selama perhitungan, artinya mereka tidak dapat dioptimalkan. Para ilmuwan menyarankan bahwa di samping tes mereka sendiri, “tolok ukur kandidat yang berbeda untuk menangkap aspek -aspek penting dari kinerja harus diusulkan, dan yang terbaik dari mereka dengan serangkaian aturan dan utilitas yang paling eksplisit akan tetap ada.”
