Квантовые компьютеры часто сравнивают по числу кубитов, однако этот показатель не говорит, насколько машина способна решать полезные задачи. Большое количество кубитов само по себе не гарантирует высокой скорости вычислений: важны также ошибки, качество связей между элементами и то, насколько сложные квантовые схемы устройство может выполнять без потери результата.
Исследователи предложили новый ориентир для оценки таких систем — Quantum Universal Operation Performance System (QUOPS). Метод должен помочь сравнивать квантовые процессоры разных архитектур по единому принципу и отслеживать, насколько они приближаются к задачам, ради которых создается квантовая вычислительная техника.
В основе подхода лежат два показателя: размер самой крупной квантовой схемы, которую компьютер способен успешно выполнить, и скорость, с которой он это делает. Таким образом, оценка учитывает не только потенциальные возможности процессора, но и его реальную способность выполнять вычисления.
Авторы проверили метод на физических квантовых процессорах компаний Quantinuum, Google и IBM. Это позволило сопоставить устройства, построенные на разных технологиях. По мнению исследователей, такой подход может быть полезнее традиционного сравнения по числу физических кубитов, поскольку показывает, какую вычислительную работу система действительно способна выполнить.
Затем ученые сопоставили полученные результаты с требованиями к задачам, которые рассматриваются как возможные области применения квантовых компьютеров. Среди них — научные вычисления и моделирование сложных физических систем. Расчеты показали, что современным процессорам потребуется увеличить вычислительные возможности примерно на пять порядков, чтобы приблизиться к уровню, необходимому для решения подобных задач.
Отдельно исследователи применили QUOPS к простому процессору с коррекцией квантовых ошибок. В эксперименте использовалось до восьми логических кубитов, закодированных с помощью схемы \[7,1,3\[7,1,3]. Такой этап важен потому, что практические квантовые компьютеры, вероятно, будут опираться не только на физические кубиты, но и на логические — защищенные от ошибок за счет избыточного кодирования.
Новый показатель не обещает мгновенного появления полезных квантовых компьютеров. Его задача другая: дать исследователям единый способ измерять прогресс и сравнивать разные платформы. Авторы считают, что QUOPS может использоваться для оценки следующих поколений отказоустойчивых квантовых машин и для отслеживания их движения к реальным научным применениям.
Пока квантовые процессоры остаются экспериментальными системами, а их возможности сильно зависят от архитектуры и уровня ошибок. Поэтому универсальный показатель, который связывает размер выполняемых схем и скорость работы, может стать одним из инструментов для более понятной оценки развития этой технологии.
Читайте также:
Российские разработчики начали продавать квантовые компьютеры
Человечество приблизилось к моменту, когда впервые сможет увидеть квантовый вакуум