IBMの「量子ボリューム」の概念は、キュービットのカウントを超えて量子コンピューティングの進捗状況を測定することを提案しています。
IBMは、量子技術がまだ理想からほど遠い一方で、量子コンピューティングの進歩を測定するために「量子ボリューム」という用語を作り出しました
。「ノイズの多い」量子コンピューティングの時代における量子コンピューターの進歩を測定することは困難な場合があります。一部の企業、特にIBMとHoneywellは、「量子ボリューム」などの進歩に落ち着きました。ただし、すべての企業と研究者が、量子コンピューティングの世界におけるこの手段の有用性に同意しているわけではありません。
理想的な世界では、研究者は各コンピューターの量子ビット（キュービット）の数に基づいて量子コンピューティングの進行状況を測定できます。ただし、熱運動または電磁源からのノイズは、壊れやすいキュービットによって実行される計算を破壊的に妨害する恐れがあります。その結果、キュービットの総数だけに基づいて量子コンピューターの機能を確実に評価することは非常に困難です。したがって、IBMの研究者は、まだ理想的ではない量子コンピューティング技術の開発のこの段階で適用できる、より信頼性の高い手段として、量子ボリュームの概念を導入することを提案しました。
「量子ボリュームは、最悪の条件下で動作する量子コンピューターの平均回路数と考えることができます」と、IBMの研究科学者兼量子コンピューティング担当副社長であるJayGambettaは述べています。 「結果は、この「最悪のケース」が可能である場合、量子ボリュームが回路の品質の尺度になることを意味します。品質が高ければ高いほど、量子コンピューターで動作できる回路は複雑になります。」
より具体的には、IBMチームは、特定の信頼性テストに合格できる、同じ幅と深さの最大のチェーンのサイズに対応する2の累乗として量子ボリュームを定義します。トライアルはランダムな2キュービットゲートウェイを検証します、とダニエルリダーは言います、ロサンゼルスの南カリフォルニア大学の量子情報科学技術センターの所長。チェーンのサイズは、キュービットの数に基づいた幅、またはロックの数に基づいた深さのいずれかによって決定されます。この場合、幅と深さは量的に同じです。
これは、6キュービットの量子コンピューティングシステムの量子ボリュームが2の6乗、つまり64に等しいことを意味します。ただし、そのキュービットがノイズにほとんど依存せず、関連するエラーが発生しない場合に限ります。したがって、量子ボリュームを決定するには、特定の信頼性テストを選択することが重要です。
量子ボリュームの概念に関与していなかったLidarは、それが今日の量子コンピューターにとって有用な手段であると考えています。彼らの技術はNoisyIntermediate-Scale Quantum（NISQ）と呼ばれています。 「このメトリックは、NISQ時代の量子コンピューターのパフォーマンスを完全に表しています。この時代は、ノイズが依然として確実に動作する回路の深さを制限する主な要因の1つであるという事実によって特徴付けられます。」
IBMが2019年後半にこの用語を積極的に使用し始めて以来、量子ボリュームは、IBMや他の企業、特にHoneywellからの量子コンピューティングの論文やプレスリリースですでにかなり一般的です。ただし、少なくとも1人のハイテク企業の取締役は、この用語の有用性がまもなく使い果たされるという考えをすでに表明しています。
Peter Chapmanは、 IonQとのインタビューで、 IonQの量子コンピューターの最新の開発について説明し、ノイズリダクションによって400万の量子ボリュームを持つ高精度の32キュービットシステムを実現する方法について説明しました。研究者は、それが有用であり続けるために定義を変更しなければならないでしょう。
ただし、Lidarは、「量子ボリューム」という用語がすぐに忘却に消えることに同意していません。彼は、2が累乗されるという定義の一部のためにのみ、量子ボリュームが非常に急速に成長するという事実を指摘しています。彼は、IBMが最初の仕事でこの指数を使用しなかったと付け加えました。2017年に公開されたこのトピックについて。 「それは定義自体の単なる欠陥です」とLidarは言います。
Lidarによると、最も簡単な方法は、指数を使用せずに、キュービットまたはゲートウェイの最大数に従って量子ボリュームを決定することです。
量子コンピューティングの進歩を評価するために、量子ボリュームがこれほど重要または必要な基準であると誰もが考えているわけではありません。テキサス大学オースティン校のコンピューター科学者で量子情報センターの所長であるスコット・アーロンソン氏は、量子コンピューターの進歩を1つの基準にまで減らすべきかどうかははっきりしていません。彼は、彼の記事「量子ボリュームのねじ込み」[ボリューム-ボリューム、およびボリューム/約のトピックに関するこの質問と他の質問を強調しました。 transl。 ]。
「これは、無数の選択肢の中で、量子コンピューターのクールさを示すもう1つの一般化された消費者指標です」とAaronson氏は言います。
実用的な観点からは、IBMのような業界の大手企業だけが量子ボリュームに関心を持っています。そう言うジャヴァドシャバニ、ニューヨーク大学で物理学とシャバニ研究所の会長の准教授。彼と他の研究者は、プログラマーにそのようなシステムへのクラウドアクセスを提供する企業が増えているにもかかわらず、通常、そのような大規模な量子システムにアクセスすることはできません。
それでも、Shabaniは、量子ボリュームを有用な概念と見なしており、単にキュービットを数えるよりも、量子コンピューティングの進歩をより有意義に定義しています。彼は、Lidarのように、量子ボリュームをケースに残すことを提案していますが、ノイズが制限要因です-それが次の5年であろうと10年であろうと。
「ノイズの影響を受けないロジックキュービットを作成できれば、この量子ボリュームの概念はゆっくりと自然に消えていきます」とShabani氏は言います。