Quantum Volum Score: Definitie, belang en hoe het gerelateerd is aan Quantum Computing

De Kwantum Volume Score (QV) is een belangrijke metriek op het gebied van kwantumcomputers. Het dient als een indicator voor de rekenkracht en effectiviteit van een kwantumcomputersysteem. Door rekening te houden met zowel het aantal qubits als de foutpercentages binnen het kwantumsysteem, geeft QV waardevolle inzichten in de mogelijkheden ervan.

Laten we zeggen dat we twee kwantumcomputers hebben: Computer A met 32 qubits en Computer B met 64 qubits. Op het eerste gezicht lijkt het misschien dat Computer B krachtiger is. Als we echter naar de foutenpercentages kijken, ontdekken we dat Computer A een lagere foutenmarge heeft in vergelijking met Computer B. De Quantum Volume Score houdt rekening met al deze factoren om een uitgebreide evaluatie te geven van de mogelijkheden van een quantumcomputer.

Nu we begrijpen wat Quantum Volume Score inhoudt, laten we eens onderzoeken waarom het zo belangrijk is in het domein van quantum computing.

De Quantum Volume Score speelt een cruciale rol voor onderzoekers, ontwikkelaars en bedrijven die betrokken zijn bij de vooruitgang van quantumcomputing. Waarom is deze score zo belangrijk?

Eerst en vooral stelt QV ons in staat om verschillende kwantumsystemen op verschillende platforms op gelijke voet te vergelijken. Het biedt een gestandaardiseerde maatstaf die ons helpt om de vooruitgang in de ontwikkeling van krachtigere en robuustere kwantumcomputers te meten.

Bovendien vergemakkelijkt QV de identificatie van gebieden die verbetering behoeven om de algehele prestaties en schaalbaarheid van kwantumsystemen te verbeteren. Door specifieke aspecten zoals poortbetrouwbaarheid en foutenpercentages aan te wijzen, kunnen onderzoekers hun inspanningen richten op gerichte verbeteringen om de grenzen van quantum computing verder te verleggen.

Op praktisch niveau helpt QV bedrijven en organisaties ook om weloverwogen beslissingen te nemen over welk kwantumcomputingplatform of welke leverancier ze moeten kiezen op basis van hun specifieke behoeften. Het stelt hen in staat om te beoordelen of een bepaald systeem voldoet aan hun eisen op het gebied van rekenkracht en betrouwbaarheid.

Zie QV als de pk- en betrouwbaarheidsscore van een auto als je er een wilt kopen. Je hebt een metriek nodig die rekening houdt met zowel vermogen als prestaties om ervoor te zorgen dat je het beste voertuig krijgt dat geschikt is voor jouw behoeften.

Nu we het belang van de Quantum Volume Score begrijpen, laten we eens kijken hoe deze score wordt berekend.

Het berekenen van de Kwantum Volume (QV) score omvat ingewikkelde processen die rekening houden met verschillende factoren, waaronder het aantal qubits en de foutpercentages van het kwantumsysteem. De QV score wordt bepaald door het uitvoeren van een gerandomiseerde benchmarkprocedure, waarbij een willekeurige reeks kwantumcircuits wordt uitgevoerd op toenemende diepte en het succespercentage van het uitvoeren van die circuits wordt geanalyseerd.

Tijdens de berekening wordt een reeks willekeurige kwantumcircuits met specifieke dieptes gegenereerd en het succespercentage van het uitvoeren van elke diepte wordt bijgehouden. De maximale diepte waarvoor het succespercentage een bepaalde drempel overschrijdt, bepaalt de QV score. Het is de moeite waard om op te merken dat hogere QV scores worden verkregen naarmate het aantal qubits toeneemt en de foutpercentages afnemen.

Bij het weergeven van QV scores voor verschillende dieptes worden vaak binaire strings gebruikt, waarbij elke bit staat voor het succes of falen van het uitvoeren van een specifiek dieptecircuit. Deze binaire weergave biedt een beknopte manier om de succespercentages voor verschillende dieptes te begrijpen en inzicht te krijgen in de vooruitgang die geboekt is bij het bouwen van krachtigere kwantumcomputers.

Het aantal qubits en de foutmarge hebben een significante invloed op de prestaties van een quantumcomputer, wat tot uiting komt in de QV score. Naarmate er meer qubits worden toegevoegd aan een kwantumsysteem, heeft het meer rekenkracht en kan het complexere algoritmen aan. Dit leidt tot hogere QV scores omdat grotere circuits met succes kunnen worden uitgevoerd.

Op dezelfde manier is het verminderen van foutenpercentages cruciaal voor het verbeteren van de mogelijkheden van een kwantumcomputer. Lagere foutpercentages resulteren in een betere getrouwheid van de poort, wat minder ruis en een grotere nauwkeurigheid tijdens bewerkingen betekent. Met lagere foutpercentages kunnen betrouwbaardere berekeningen worden uitgevoerd, wat leidt tot hogere QV scores.

Het is belangrijk op te merken dat verschillende factoren bijdragen aan qubitfouten, zoals overspraak tussen qubits of afwegingen die gemaakt worden tijdens de engineering van het systeem. Deze uitdagingen worden actief onderzocht door wetenschappers in het veld die een balans proberen te vinden tussen hogere poortbetrouwbaarheid, snelle multiqubit operaties en het minimaliseren van fouten.

IBM heeft bijvoorbeeld momenteel de hoogste QV-score van 512, terwijl andere bedrijven die supergeleidende modellen gebruiken, zoals Rigetti en Oxford Quantum, scores van 8 of 16 hebben. Aan de andere kant laten ionensystemen hoge QV-scores zien vanwege hun gunstige connectiviteit en lage foutpercentages. Dit toont aan dat verschillende technologieën verschillende QV-scores kunnen behalen op basis van hun specifieke kenmerken.

Inzicht in de invloed van qubit-aantallen en foutenpercentages op de scores van Quantum Volume is cruciaal voor het evalueren en vergelijken van de mogelijkheden van verschillende quantumcomputers. Door deze factoren in overweging te nemen, kunnen onderzoekers en ontwikkelaars weloverwogen beslissingen nemen over de geschiktheid van een bepaald kwantumcomputersysteem voor het oplossen van complexe problemen.

Kwantumvolume dient als een gestandaardiseerde metriek om de rekencapaciteiten van verschillende kwantumcomputers te vergelijken. Het kwantificeert niet alleen het aantal qubits in een systeem, maar houdt ook rekening met de foutenpercentages, waardoor een holistisch beeld ontstaat van de prestaties van de machine. Bij het vergelijken van kwantumvolumscores tussen verschillende kwantumcomputers wordt het duidelijk dat bepaalde systemen aanzienlijk beter presteren dan andere. Zo heeft het H1-1 systeem van Quantinuum onlangs een opmerkelijke vooruitgang laten zien door een kwantumvolume van 524.288 te bereiken. Dit is een ongelooflijke prestatie als je bedenkt dat dit 1000 keer hoger is dan de volgende best gerapporteerde score.

Zulke vooruitgang in kwantumvolume roept vragen op over hoe verschillende kwantumcomputers het tegen elkaar opnemen en welke implicaties dit heeft voor de toekomst van kwantumcomputing. Zijn hogere scores voor kwantumvolume altijd indicatief voor superieure prestaties? Hoewel een hoog kwantumvolume duidt op een grotere rekenkracht, is het cruciaal om andere factoren in overweging te nemen die de algehele capaciteiten van deze machines beïnvloeden.

Het bereiken van hoge kwantumvolumscores vereist constante inspanningen om fouten te verminderen en de prestaties te verbeteren. Verschillende factoren dragen bij aan zowel hoge als lage kwantumvolumscores onder kwantumcomputers. Eén kritieke factor is de gemiddelde twee-qubit poortfoutmarge. Lagere foutenpercentages betekenen een betere getrouwheid bij het uitvoeren van bewerkingen en leiden tot hogere kwantumvolumes. In het geval van Quantinuum's H-serie technologie, bereikten ze een gemiddelde twee-qubit poortfout van slechts 0,13%, waarmee ze voorop lopen in de industrie.

Een andere belangrijke factor die de kwantumvolumes beïnvloedt, is kwantumcoherentietijd - hoe lang qubits hun kwantumtoestand behouden voordat ze worden verstoord door ruis of decoherentie-effecten. Langere coherentietijden maken complexere berekeningen mogelijk en resulteren uiteindelijk in grotere kwantumvolumes.

Stel je twee verschillende quantumcomputers voor met hetzelfde aantal qubits maar verschillende coherentietijden. Computer A heeft een kortere coherentietijd vergeleken met computer B. Hoewel beide computers vergelijkbare kwantumvolumes kunnen hebben vanwege het aantal qubits, zou computer B waarschijnlijk beter presteren dan computer A bij taken met langere rekentijden.

Het begrijpen van deze factoren helpt ons het belang te begrijpen van het streven naar hoge kwantumvolumscores. Het is een bewijs van de voortdurende inspanningen van de wetenschappers en ingenieurs bij Quantinuum om consequent de kernprestaties te verbeteren en fouttolerante rekencapaciteiten te leveren.

Kwantumvolumescores dienen als een cruciale metriek om de mogelijkheden en prestaties van kwantumcomputers te beoordelen. Het verbeteren van deze scores brengt echter verschillende uitdagingen met zich mee en biedt veelbelovende vooruitzichten voor vooruitgang op het gebied van kwantumcomputers.

Een van de grootste uitdagingen ligt in het opschalen van het aantal qubits met behoud van hun kwaliteit en betrouwbaarheid. Kwantumsystemen zijn ongelooflijk kwetsbaar en gevoelig voor fouten veroorzaakt door ruis, decoherentie en andere omgevingsfactoren. Naarmate er meer qubits aan een quantumcomputer worden toegevoegd, wordt het steeds moeilijker om hun stabiliteit te handhaven, wat leidt tot hogere foutpercentages. Het overwinnen van deze uitdaging vereist de ontwikkeling van foutcorrectietechnieken en betere qubitcontrolemethoden.

Om het in perspectief te plaatsen: stel je voor dat je een brug probeert te bouwen met steeds kleinere onderdelen. Naarmate je elk onderdeel kleiner maakt, wordt het een grotere uitdaging om de structurele integriteit te behouden. Op dezelfde manier brengt het vergroten van het aantal qubits zonder de kwaliteit ervan in gevaar te brengen aanzienlijke technische obstakels met zich mee.

Een andere uitdaging is het verminderen van kwantumpoortfouten. De nauwkeurigheid van bewerkingen die op qubits worden uitgevoerd is cruciaal voor het bereiken van betrouwbare berekeningen. Kwantumpoorten die logische bewerkingen uitvoeren kunnen fouten introduceren als gevolg van onvolkomenheden in de hardware of ruis. Vooruitgang in foutcontroletechnieken zoals foutcorrectiecodes en fouttolerante ontwerpen zijn erop gericht om deze uitdaging aan te gaan en de algehele prestaties van kwantumsystemen te verbeteren.

Ondanks deze uitdagingen zijn er veelbelovende vooruitzichten om de kwantumvolumscores in de toekomst te verbeteren.

Opkomende technologieën zoals topologische qubits en fouttolerante kwantumarchitecturen bieden mogelijkheden om enkele van de huidige beperkingen te verminderen. Topologische qubits, die vertrouwen op stabiele fysische eigenschappen in plaats van precieze controle over individuele deeltjes, zijn veelbelovend voor het verbeteren van de qubitstabiliteit en het minimaliseren van rekenfouten.

Verder kan vooruitgang in de materiaalkunde en fabricagetechnieken het mogelijk maken om robuustere en betrouwbaardere qubits te maken. Onderzoekers onderzoeken verschillende platforms zoals supergeleidende circuits, opgesloten ionen, fotonica en op silicium gebaseerde systemen om qubits te ontwikkelen met langere coherentietijden en lagere foutpercentages.

Zie de vooruitgang in het verbeteren van kwantumvolumescores als een reis bergopwaarts. Het pad kan steil en ruig zijn, maar naarmate we hoger klimmen, ontdekken we nieuwe hulpmiddelen, technieken en technologieën die ons helpen de uitdagingen te overwinnen en grotere hoogten te bereiken.

Omdat het gebied van kwantumcomputing zich blijft ontwikkelen, wordt samenwerking tussen onderzoekers, academische instellingen en industriële partners steeds belangrijker. Door interdisciplinaire samenwerking en het delen van kennis te stimuleren, kunnen onderzoekers hun middelen en expertise bundelen om de uitdagingen gezamenlijk aan te gaan.

Concluderend: hoewel het verbeteren van kwantumvolumscores significante uitdagingen met zich meebrengt, houdt het ook een immense belofte in voor vooruitgang in kwantumcomputing. Het overwinnen van deze uitdagingen vereist een combinatie van innovatieve hardwareontwerpen, foutcorrectietechnieken en interdisciplinaire samenwerking. De toekomst van quantum computing is rooskleurig, en door deze uitdagingen aan te gaan kunnen we de weg vrijmaken om het volledige potentieel van deze transformatieve technologie te benutten.