量子摩尔定律问世是怎么回事？量子摩尔定律问世具体什么情况？

IBM今天宣布量子计算新里程碑：迄今为止最高的量子体积！与此同时，IBM发布了量子性能的“摩尔定律”，宣布其“量子霸权”时间表：为了在10年内实现量子霸权，需要每年将量子体积至少增加一倍。

量子摩尔定律来了！

在近日召开的 2019 年美国物理学会三月会议上，IBM抛出了这个概念。

在这次会议上，IBM 宣布它最新型的量子计算机、今年 1 月在 CES 上亮相的全球首台商用量子计算一体机IBM Q System One 提供了 “迄今为止最高的量子体积”。

“量子体积”（Quantum Volume） 是 IBM 提出的一个专用性能指标，用于测量量子计算机的强大程度，其影响因素包括量子比特数、门和测量误差、设备交叉通信、以及设备连接和电路编译效率等。

因此，量子体积越大，量子计算机的性能就越强大，能够解决的实际问题就越多。

重要的是，IBM 发现量子体积遵循一种 “摩尔定律”：其量子计算机实现的量子体积，每年增加一倍：

2017 年 IBM 的 Tenerife 设备 （5－qubit） 已经实现了 4 量子体积；2018 年的 IBM Q 设备 （20－qubit），其量子体积是 8；2019 年最新推出的 IBM Q System One（20－qubit），量子体积达到 16．

也就是说，自 2017 年以来，IBM 每年将量子体积翻了一番。

这种倍增与摩尔定律非常相似。摩尔定律由英特尔创始人之一的戈登摩尔提出，即：

集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔两年便会增加一倍

IBM还制定了一个雄心勃勃的时间表：为了在 2020 年代实现量子霸权，我们需要每年至少增加一倍的量子体积！

量子体积是什么？

IBM 在博客上发布了对 System Q One 的几个模型测试结果的概述。

当然，重点的测量指标是 “量子体积”，团队还发表了一篇论文，详细描述了这个指标以及如何计算。

在论文中，他们指出，新的度量标准 “量化了计算机成功实现的最大宽度和深度相同的随机电路”，并指出它还与错误率密切相关。

除了提供迄今为止最高的量子体积之外，IBM Q System One 的性能还反映了 IBM 所测量到的最低错误率，平均 2－qubit gate 的错误率小于 2％，其最佳 gate 的错误率小于1％。

低错误率很重要，因为要想构建功能完备、大规模、通用、容错的量子计算机，需要较长的相干时间和较低的错误率。

量子体积是衡量量子霸权 （Quantum Advantage， 又称量子优势） 进展的一个基本性能指标，在这一点上，量子应用程序带来了超越经典计算机本身能力的重大、实际的好处。

接下来，详细阐述“量子体积”的概念和意义。

IBM对 Q System One进行了详细的基准测试，并在博客中公布IBM Q Network系统“Tokyo”和“Poughkeepsie”以及公开发布的IBM Q Experience系统“Tenerife”的一些性能数据。

特定量子计算机的性能可以在两个层面上表示：与芯片中基础量子位相关的度量，我们称之为“量子器件”，以及整体系统性能。

下表比较了四个最近的IBM Q系统中量子器件的基本指标：

IBM Q System One的性能可以体现在测得的一些最优性能／最低错误率数字中。平均两个量子比特门误差小于2％，最佳门错误码率小于1％。

IBM的设备基本上受到相干时间的限制，对于IBM Q System One来说平均为73μs。

平均两比特率误差率在相干极限的两倍之内（1．68倍），该极限即由量子位T1和T2设定的理论极限（IBM QSystem One平均为74μs和69μs）。这表明IBM的控件引起的误差非常小，已经接近该器件上最高的量子比特保真度。