IBM模拟了56个量子比特的量子计算机

现在，IBM已经成功地在一台经典的超级计算机上模拟了一台56比特的量子计算机，只用了4.5兆字节。

在此之前，相关研究人员认为49个量子位已经是目前超级计算机的极限，无法模拟更多的量子位。

研究人员将模拟任务分成多个并行模块，这样他们就可以同时使用一台超级计算机的多个处理器来满足模拟一台56位量子计算机所需的效率。

南加州大学的伊泰·亨说:“IBM已经打破了量子计算机49个量子位的限制，这意味着他们已经失去了对拥有量子设备的人的绝对量子优势。”

最后一个量子态也是通过划分模块来计算的。每个模块都涉及变化幅度的计算，共有个模块。在56量子位电路中，最后一个量子态总共有8个模块，每个模块只有一个变化幅度。这意味着与之前的最后一次量子态计算相比，具有56个量子位的电路模块增加了，并且每个模块的变化幅度减小了一个数量级。然而，由于每个模块都可以并行计算，因此只能通过增加处理器的数量来加快计算速度。

所有的模拟测试结果都是通过劳伦斯利弗莫尔国家实验室的瓦肯超级计算机获得的。瓦肯超级计算机使用蓝基因/量子系统。模拟没有成功。在得出论文中描述的实验结果之前，研究人员进行了许多额外的实验。这部分没有在报纸上显示，整个过程花了两天时间。此外，模拟还需要超级计算机的高内存。内存需要扩展到4096个节点，每个并行计算至少需要64TB的内存空间。

结论与未来工作展望

强大的计算能力仍然依赖于超级计算机。我们的贡献主要是采用了一种新的电路模拟方法。通过这种模拟方法，超级计算机可以打破量子计算机无法模拟的极限——50个量子位。可以预见，我们模拟的实验数据显示了波特-托马斯分布，这与通过普通随机电路模拟获得的概率分布是一致的。这种分布是通过分析49个量子位电路的所有量子态的所有模块的模拟结果而获得的。现在已经证实，这种分布与56个量子位电路的结果非常吻合。如引言中所述，计算测量结果的量子幅度对于评估量子器件的正确操作是很重要的。然而，这项研究尚未探索这一应用。

此前，研究人员认为在经典计算机中模拟49位随机电路是不可能的。现在，如果在具有足够内存的高端服务器上通过并行模块模拟获得的数据结果也能很好地符合波特-托马斯分布，这是否意味着可以在不使用超级计算机的情况下对量子器件的测量结果进行常规幅度计算？如果这真的可能，最多能执行多少个量子位？当然，电路的深度也需要考虑。研究人员计划从这两个方面进行全面的探索。此外，张量模块计算几乎不能并行化，所以从理论上讲，使用高端服务器计算输出幅度的电路也可以使用足够多的高端服务器，按照一定的分布实现整个计算和仿真。这样，这些计算不再局限于特定超级计算机的可用内存。即使在原则上，我们也可以在网络云上进行这样的模拟。然而，这种电路的计算程度还有待验证，能否完全模拟的问题现在已经成为一个经济问题，而不是从物理角度的合理性问题。除了上述完整电路的计算可行性之外，张量模块还可用于主动控制子回路的算法分析和仿真，该模块的测量结果也可用作电路其余部分的动态输出。

随着量子计算技术的进步，50个量子位系统已经不远了。为了更好地实现对量子器件性能各个方面的评估和改进，我们需要一种能够测试和评估量子器件保真度的方法，这反过来需要计算这种尺寸甚至更大的器件的理想量子态的幅度。在这项研究中，研究人员提出了一种新方法，可以显著扩展经典计算的边界。

该方法首先输出量子比特二维点阵中深度为27的完整电路的幅度(数学误差处理)，然后计算并仿真结果。研究人员进一步给出了深度为23的完全随机电路的任何模块的计算结果。在此之前，由于内存问题，这些计算是不可能的。使用本文提出的方法，上述两种模拟分别只需要4.5和3.0TB来存储计算数据，这对现有的经典计算机是非常有益的。

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