Konsep "volume kuantum" IBM mengusulkan untuk memindahkan pengukuran kemajuan dalam komputasi kuantum lebih dari sekadar menghitung qubit
IBM menciptakan istilah "volume kuantum" untuk mengukur kemajuan dalam komputasi kuantum sementara teknologi kuantum masih jauh dari ideal
Mengukur kemajuan komputer kuantum di era komputasi kuantum yang "berisik" dapat menjadi tantangan. Beberapa perusahaan, terutama IBM dan Honeywell, telah menetapkan kemajuan seperti "volume kuantum". Namun, tidak semua perusahaan dan peneliti sepakat tentang kegunaan ukuran ini dalam dunia komputasi kuantum.
Dalam dunia yang ideal, para peneliti dapat mengukur kemajuan komputasi kuantum berdasarkan jumlah bit kuantum (qubit) di setiap komputer. Namun, derau dari gerakan termal atau sumber elektromagnetik terus-menerus mengancam untuk mengganggu komputasi yang dilakukan oleh qubit yang rapuh secara destruktif. Akibatnya, sangat sulit untuk menilai kemampuan komputer kuantum secara andal berdasarkan jumlah total qubit saja. Oleh karena itu, para peneliti dari IBM menyarankan untuk memperkenalkan konsep volume kuantum sebagai ukuran yang lebih andal yang dapat diterapkan pada tahap pengembangan teknologi komputasi kuantum yang belum ideal ini.
“Anda dapat menganggap volume kuantum sebagai jumlah rata-rata sirkuit dalam komputer kuantum yang beroperasi dalam kondisi terburuk,” kata Jay Gambetta , ilmuwan riset dan wakil presiden komputasi kuantum di IBM. “Hasilnya berarti jika kondisi 'kasus terburuk' ini memungkinkan, maka volume kuantum akan menjadi ukuran kualitas sirkuit. Semakin tinggi kualitasnya, semakin kompleks sirkuit yang dapat bekerja pada komputer kuantum. "
Lebih khusus lagi, tim IBM mendefinisikan volume kuantum sebagai dua pangkat yang sesuai dengan ukuran rantai terbesar dengan lebar dan kedalaman yang sama, yang mampu melewati uji keandalan tertentu. Uji coba memvalidasi gateway dua qubit acak, kata Daniel Lidar, direktur Center for Quantum Information Science and Technology di University of Southern California di Los Angeles. Ukuran rantai ditentukan oleh lebarnya, berdasarkan jumlah qubit, atau kedalaman, berdasarkan jumlah kunci. Dalam hal ini lebar dan kedalaman sama secara kuantitatif.
Ini berarti bahwa sistem komputasi kuantum 6 qubit akan memiliki volume kuantum yang sama dengan 2 pangkat 6, atau 64 - tetapi hanya jika qubitnya relatif sedikit bergantung pada noise, tanpa memberikan kesalahan terkait. Oleh karena itu, untuk menentukan volume kuantum, pilihan uji reliabilitas tertentu menjadi penting.
Lidar, yang tidak terlibat dengan konsep volume kuantum, menganggapnya sebagai ukuran yang berguna untuk komputer kuantum saat ini. Teknologi mereka disebut Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ). “Metrik ini dengan sempurna menggambarkan kinerja komputer kuantum di era NISQ. Era ini dicirikan oleh fakta bahwa kebisingan masih menjadi salah satu faktor utama yang membatasi kedalaman sirkuit yang dapat diandalkan. "
Sejak IBM mulai menggunakan istilah ini secara aktif pada akhir 2019, volume kuantum sudah cukup umum dalam makalah komputasi kuantum dan rilis pers dari IBM dan perusahaan lain, khususnya Honeywell . Namun, setidaknya satu direktur perusahaan teknologi telah menyatakan gagasan bahwa kegunaan istilah tersebut akan segera habis.
Dalam sebuah wawancara dengan IonQ, membahas perkembangan terbaru dalam komputer kuantum dari IonQ , Peter Chapman menjelaskan bagaimana pengurangan derau dapat mengaktifkan sistem 32-qubit yang sangat akurat dengan volume kuantum sekitar 4 juta. Ia menyarankan bahwa hanya dalam 18 bulan, nilai volume kuantum akan meningkat sedemikian rupa sehingga peneliti harus mengubah definisi agar tetap berguna.
Namun, Lidar tidak setuju bahwa istilah "volume kuantum" akan segera menghilang dan terlupakan. Dia menunjukkan fakta bahwa volume kuantum akan tumbuh begitu cepat hanya karena bagian dari definisi di mana dua dipangkatkan. Dia menambahkan bahwa IBM bahkan tidak menggunakan eksponen ini dalam pekerjaan pertamanya.tentang topik ini diterbitkan pada tahun 2017. “Itu hanya kekurangan dalam definisi itu sendiri,” kata Lidar.
Lidar mengatakan cara termudah adalah dengan menentukan volume kuantum sesuai dengan jumlah qubit atau gateway terbesar, dan tidak menggunakan eksponen.
Tidak semua orang menganggap volume kuantum menjadi tolok ukur penting atau perlu untuk menilai kemajuan komputasi kuantum. Tidak jelas apakah kemajuan komputer kuantum harus dikurangi menjadi satu ukuran, kata Scott Aaronson , seorang ilmuwan komputer dan direktur pusat informasi kuantum di Universitas Texas di Austin. Dia menyoroti hal ini dan pertanyaan lainnya tentang topik tersebut dalam artikelnya " Sekrup dalam volume kuantum " [ volume - volume, serta volume / perkiraan. terjemahan. ].
"Ini hanyalah salah satu kemungkinan indeks konsumen umum dari kesejukan komputer kuantum, di antara banyak alternatif," kata Aaronson.
Dari sudut pandang praktis, hanya pemain besar di industri seperti IBM yang peduli dengan volume kuantum. Demikian kata Javad Shabani , profesor fisika dan ketua laboratorium Shabani di Universitas New York. Dia dan peneliti lain biasanya tidak memiliki akses ke sistem kuantum sebesar itu, bahkan mengingat fakta bahwa semakin banyak perusahaan yang menyediakan akses cloud ke sistem tersebut untuk pemrogram.
Namun, Shabani melihat volume kuantum sebagai konsep yang berguna, yang secara lebih bermakna mendefinisikan kemajuan dalam komputasi kuantum daripada sekadar menghitung qubit. Dia, seperti Lidar, mengusulkan untuk meninggalkan volume kuantum dalam bisnis sementara kebisingan adalah faktor pembatas - baik itu lima tahun ke depan, atau sepuluh.
“Jika Anda dapat membuat logika qubit yang kebal terhadap kebisingan, maka konsep volume kuantum ini perlahan akan menghilang secara alami,” kata Shabani.