インサイダーブリーフ
- 新しいベンチマーク調査では、QuantinuumのH2-1量子プロセッサが56 Quit Maxcut問題でコヒーレントな計算を維持し、古典的なシミュレーション機能を上回っています。
- このテストでは、Linear-Ramp QAOAと呼ばれる単純化されたアルゴリズムを使用し、5つのベンダーで19の量子システムに適用されました。
- Quantinuumは、IBMのFEZチップが最大10,000層でより深い回路を処理し、より大きなキットカウントでコヒーレンスを維持する強度を示しました。
新しいベンチマーク調査では、量子プロセッサが Quantine 56キュビットにわたって意味のある計算を維持することができ、古典的なシミュレーションを超えたサイズで一貫性のまれな兆候を提供します。
で公開された結果 arxiv 最近、ForschungszentrumJülichとPurdue Universityの研究者によって、Quantinuum H2-1システムが、完全に接続された56キット回路でMaxcutと呼ばれる組み合わせ最適化問題を使用して量子ベンチマークを通過したことを示しています。ランダムノイズに分解することなく、4,600以上の2キットゲート（回路深度の尺度）を使用したテスト。研究者によると、これは実際のハードウェアで有用な結果をもたらすためのこのような問題の最大の例です。
著者は次のように書いています。「Quantinuum H2-1の場合、50および56キュビットの実験はすでにHPCシステムでの正確なシミュレーションの機能を上回っており、結果はまだ意味があります。」
ボトルネックへの対処
この研究の目的は、幅と深さの両方で、今日の量子コンピューターが回路としてどのようにパフォーマンスを発揮するかを評価することを目的としています。これは、有用な量子アルゴリズムを実行するための2つの重要なボトルネックです。彼らは、IBM、IONQ、Quantinuum、Rigetti、IQMの5つのベンダーから19の量子処理ユニット（QPU）をテストしました。
テストの中心には、Quantum概算最適化アルゴリズムの単純化されたバージョンであるLinear-Ramp QAOA（LR-QAOA）と呼ばれるプロトコルがありました。パラメーターを調整する変分アプローチとは異なり、LR-QAOAは固定された線形上昇したゲートスケジュールを使用します。シンプルさ、スケーラビリティ、および多くのハードウェアプラットフォームで実装できるという事実のために選択されました。
ベンチマークは、各システムに、マックスカット問題のバージョンを解決するように依頼しました。これには、グラフを2つのグループに分割して、それらの間のエッジの重みを最大化することが含まれます。 Maxcutは、大規模な古典的なマシンにとって困難であると考えられており、量子性能を調査するのに適した候補となっています。
研究者は、3つのタイプのグラフレイアウトにわたって定義された問題についてLR-QAOAを実行しました。キービットの線形チェーン、各チップのネイティブレイアウト、およびより多くのゲート操作が必要な完全に接続されたグラフです。いずれの場合も、Quantum Computerの回答が、近似比と呼ばれるメトリックを使用して、最も既知のソリューションからの距離である距離を測定しました。結果がランダムサンプラーよりも優れている場合、システムはテストに合格したと見なされました。
Quantinuum H2-1は56キュビットでテストに合格し、4,620の2キットゲートを含む3層のLR-QaOAを実行しました。
「私たちの知る限り、これはQAOAの最大の実装であり、ランダムな推測よりも良い結果をもたらすことが認定されている実際の量子ハードウェアのFC組み合わせ最適化問題を解決します」と著者は書いています。
調査結果について話すと、フェローであるクリス・ランガー、Quantinuumハードウェアの主要な発明家であり建築家であり、CEOのアドバイザーは、 会社のブログ投稿 会社がベンチマークとパフォーマンスの向上に新しい基準を設定することに焦点を合わせていること。
「私たちはQuantinuumでベンチマークを真剣に受け止めています。クラス最高のゲートの忠実度から量子ボリュームの4000倍のリードまで、ほぼすべての業界ベンチマークをリードし、お客様に最高のパフォーマンスを提供します」とLangerは書いています。 「私たちの量子充電された結合デバイス（QCCD）アーキテクチャは、前年比で一貫したパフォーマンスの向上を実現し、他のアーキテクチャとは異なり、すべての接続性、世界記録の忠実度、リアルタイムデコーディングなどの高度な機能を提供します。
IBMは深さの強さを示します
Quantinuumはより大きなスケールで一貫性を示しましたが、 IBM 深さを押す際の強度を示しました。チームは、IBMで100回の問題を実行しました IBMはそうしました 最大10,000層のLR-QAOAを使用するチップ – 通常、100万の2つのキットゲート。システムは最終的に熱化されましたが、Qubitsが量子コヒーレンスを失い、低エネルギーの非情報状態に落ち着くプロセス – いくつかのコヒーレント情報は、約300層まで持続しました。
研究者によると、P = 10,000 LR-QAOA回路を実行している1,000のサンプルを取得することにコミットしたQPU時間は21秒でした。ちょうどメモ：これは、キューイングや古典的な処理間頭を含まないQPU実行時間を集約することを指します。しかし、研究者は、これがこれまでのGATEカウントによる最大の実験であると付け加えました。
IBMの新しいヘロン生成デバイスは、深さテストと幅テストの両方で、古いイーグルチップを一貫して上回っていました。フラクショナルゲート – ヘロンデバイスに導入されたカストムゲートの実装 – は、必要な2キット操作の数を半分に減らし、エラーの蓄積が少ない長い回路を可能にしました。
例えば、 IBMはそうしました 分数ゲートを使用して、100クットチェーンの問題で0.808の近似比を達成しました。それに比べて、古いIBMチップは、20キュビットまたは100層を超えるコヒーレンスを維持できなかったことがよくありました。
それでも、この研究の著者は、このようなベンチマークが優位性の絶対的な尺度と見なされるべきではないと警告しています。パフォーマンスは、回路構造、デバイスのレイアウト、問題インスタンスによって異なります。著者は、IBMのことを観察しました IBM Marrakesh より強い結果がありました IBMはそうしました 小さな問題のサイズの場合、しかし フェズ 回路サイズが大きくなるにつれて、より良く持ち上げられました。
モダリティトレードオフ
ベンチマークプロトコルは、アーキテクチャのトレードオフに関する洞察も提供します。 QuantinuumやIONQなどの閉じ込められたイオンシステムは、キュビット間の高い忠実度と完全な接続性を示したため、完全に接続された問題に適しています。ただし、現在、ゲートタイムが遅く、ゲート数が低いことにより制限されています。
「たとえば、P = 100および1,000ショットの仮説的な25クットFCの問題では、IONQ ARIA 2は2クットゲートの時間のみに基づいて18,000秒を必要としますが、IBM FEZは0.51秒が必要です。
IBM、IQM、およびRigettiで使用される超伝導キュービットは、ノイズの蓄積により、はるかに高速であるが、顔のスケーリングの深さに直面します。
信頼できるスケーラブルなベンチマークツール
著者は、システムを比較するだけでなく、LR-QAOAが業界にとって信頼性の高いスケーラブルなベンチマークツールとして機能する可能性があることを示唆しています。量子体積（QV）やレイヤードゲートあたりのエラー（EPLG）などの既存のメトリックは、クロストークやルーティングの制限などのプラットフォーム固有の問題を見逃す可能性があります。
「…パフォーマンスの本質的な側面をキャプチャするためのさまざまな候補ベンチマークを提案する必要があります」と彼らは書いており、ハードウェアが進化し続けるにつれて、実用的で再現可能なテストが必要であると付け加えました。
プロトコルのシンプルさ – 固定パラメーターを使用し、最適化ループを必要としない – も、プラットフォーム間で簡単に展開できました。 QuantinuumのH2-1にわずか7つのサンプルがあっても、研究者は有意義な結果をランダム出力と区別し、高コストのプラットフォームを効率的にテストする方法を提供できます。
それでも、ベンチマークには制限がないわけではありません。パフォーマンスは、最適なチューニングではなく、ヒューリスティックを使用して設定された固定スケジュールパラメーターに依存します。また、この研究では、温かいスタートやポストプロセスなどの方法を通じて結果を人為的に強化することを避けましたが、そのような手法は、公正に説明しないとハードウェアの欠陥を隠す可能性があることを認めました。
今後の見方では、次のステップには、スケジュールパラメーターの改良、サーキットルーティング戦略の改善、他の最適化問題へのテストの拡張などがあると述べています。しかし、より広いメッセージは残ります。量子システムが成長するにつれて、信頼性が高く、スケーラブルで、透明なベンチマークが進行状況を追跡し、有用な量子コンピューティングが実際にどのように見えるかを理解するために不可欠です。
研究の技術的な側面に深く掘り下げるために、完全な論文が利用可能です arxiv。研究者は、ARXIVなどのプリプリントサーバーを使用して、自分の仕事に関する即時のフィードバックを受け取りますが、科学的方法の重要なステップである公式のピアレビューはまだ受けていません。
研究チームは、Julich Supercomputing CenterのJatañez-BarreraとKristel Michielsenと、Purdue UniversityのDavid E. Bernal Neiraを包み込みました。
