Il "Quantum Volume" è una metrica giusta per calcoli quantistici futuri, elaborati e di alto valore?

È stata proposta una metrica chiamata "volume quantico" per confrontare in qualche modo l'utilità di diversi hardware di calcolo quantistico. In parole povere, misura il loro valore dal quadrato della massima profondità dei calcoli quantistici che consente ma limita il suo valore al quadrato dei qubit coinvolti. Questo limite è giustificato dal voler prevenire i "giochi" del sistema ottimizzando verso pochi qubit. Un riferimento è https://arxiv.org/abs/1710.01022 .

Sono preoccupato che questa misura, per quanto possa essere utile per i rumorosi dispositivi di calcolo quantistico a breve termine, nasconde i progressi effettivi della qualità per i computer quantistici più avanzati (quelli con un'alta fedeltà dei gate quantici). La domanda è: questa preoccupazione è giustificata?

L'argomento alla base della mia preoccupazione è l'assunto che potenziali applicazioni killer per computer quantistici, ad esempio calcoli di chimica quantistica, richiederanno calcoli con una profondità di gate molto maggiore del numero (potenzialmente modesto) di qubit richiesti. In questo caso, il "volume quantico" sarebbe limitato al quadrato del numero di qubit, indipendentemente dal fatto che un computer quantistico (con fedeltà particolarmente elevata) consenta una profondità essenzialmente illimitata o se consenta solo la profondità minima del gate la limitazione del "volume quantico" al quadrato del numero di qubit. Un aspetto della mia domanda è: questo argomento è corretto?

Il volume quantico è probabilmente utile solo come metrica per piccoli computer rumorosi.

È impossibile inventare qualsiasi metrica a numero singolo ideale per tutte le attività. Anche con i computer classici, metriche come Dhrystone o Windows Performance Index sono nella migliore delle ipotesi suggestive nel predire le prestazioni su attività del mondo reale. Al contrario, dare più di un numero può potenzialmente essere molto più informativo. Nell'ambito del volume quantico, suggerisco di caratterizzare una QPU per fornire il volume quantico come "riepilogo esecutivo", ma anche citare un intervallo di numeri di qubit diversi profondità del circuito del modello . Il confronto di con la profondità e i qubit necessari sarà predittivo, almeno nella misura in cui le app killer assomigliano alle sequenze di circuiti modello di casuale parallelo su coppie casuali di qubit.$N$$d(N)$$d(N)$$SU(4)$

Il volume quantico riguarda l'implementazione corretta dei circuiti del modello, quindi misurarlo comporta la simulazione di quei circuiti per confrontare l'output della QPU con i risultati ideali. La simulazione è pratica solo per relativamente pochi qubit o bassa profondità, quindi è possibile misurare il volume quantico solo per dispositivi piccoli / rumorosi (senza ipotesi aggiuntive). Fortunatamente, quando larghezza / profondità raggiunge il limite della simulazione (molto approssimativamente attorno a$N\simeq d\simeq 50$), questo è quando il rumore deve essere necessariamente abbastanza basso da poter iniziare a utilizzare un tale dispositivo per implementare qubit logici. La definizione di metriche appropriate per i qubit logici è una domanda aperta. L'enfasi passa da "Può questo algoritmo funzionare affatto?" a "Quanto tempo impiegherà questo algoritmo?" e le metriche saranno sicuramente molto diverse, coinvolgendo il tempo logico di gate.

$10^{15}$$10^{13}$

$10^{13}$ $10^{13}$

$10^3$$10^9$$10^9$$10^6$

$d$$d^2$

$10^9$$10^3$