采用全新先进容错技术,IBM Eagle 量子计算机复杂计算测试完胜传统超级电脑

2023-06-26 12:19:40 来源:EETOP
IBM 在《自然》期刊发表论文,展现了量子运算的新突破。他们首次通过自家 127 量子比位的 Eagle 量子计算机成功解决了一个难倒传统超级计算机的复杂问题。事实证明即使充满噪声的量子计算机也能产生比传统计算机暴力破解算力更精准的结果。虽然尚未达到量子优势(Quantum Advantage)的程度,但IBM自称已实现所谓的量子效用(Quantum Utility),进而为量子计算机的实用性迈开了重要的一大步。

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IBM 通过量子运算成功解决了目前超级计算机逼近法(pproximation method)所无法处理的复杂问题,进而加速了不同学科科学家得以利用量子系统解决过往棘手之化学、材料科学、AI等领域难题的进程。

采用全新先进容错技术,IBM量子系统能解决传统计算机难以解决的问题

IBM 研究团队首先将所搭配易出错误的量子位运行在比深太空更低温的环境下,然后再通过传统超级计算机的模拟来检验结果。但要让 127 量子位符的 Eagle 量子计算机发挥解决传统超级计算机都碰壁之难题的价值,必须先解决两个非常困难的问题。首先,他们必须从与生俱来就充满噪声且易出错误的量子计算机中获得准确的结果。其次,由于当前量子计算机从未运行过这么大的模型,那么要怎么知道结果是正确的?

针对噪声问题,IBM 通过错误缓解(error mitigation)技术加以解决。但基本上,想要纠正量子运算中的错误,目前为止仍不可行。传统电脑受到宇宙粒子撞击时,其「0」变成「1」的机率是 10 的 -27 次方,虽然机率接近零,但传统计算机仍会透过循环冗余码(Cyclical Redundancy Codes)对这些错误进行侦测与校正。同样的情形发生在量子计算机上,其「0」变成「1」的机率会增加100万亿倍,达到10的-4次方,这迫使人们不得不投入大部分量子计算机算力来发现并纠正错误。

为了解决前述提到的第一个难题,IBM采用零噪声外推法(Zero Noise Extrapolation)将噪声加大20%及60%,然后外推回无噪声下的期望值,进而降低偏差。IBM 表示他们之所以能够做到这点,是因为他们已打造出空前规模与品质的量子系统,并开发了能在这样规模量子系统上操控噪声的能力所致。

为了解决前述第二个难题,IBM 延揽了加州大学伯克利分校的顶尖传统计算方法专家助阵。该研究团队同时在劳伦斯柏克莱国家实验室(Lawrence Berkeley National Lab)及普渡大学(Purdue University)的传统超级计算机上执行复杂问题。结果在处理较低等级的复杂性问题上,量子计算机的计算结果与传统超级计算机通过暴力破解式模拟得出的精确答案相一致。但随着模型难度的增加,传统超级计算机开始显露疲态,最终证明,该模型对于暴力破解法而言太过困难了。但 IBM 量子系统因拜全新先进错误缓解技术之赐,因而具备提供更准确答案的能耐。

虽然目前该研究仍未达到所谓量子优势(亦即量子霸权)的境界,亦即量子系统能解决任何传统计算都无法解决的难题。但 IBM 认为已进展到所谓的量子效用阶段,随着软硬件技术的不断突破,量子系统可用来验证传统计算结果,并解决传统计算机难以解决的问题。

来源:technews(台)


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