Confrontare la potenza computazionale dei computer quantistici

Abstract degli autori

L’hardware per la computazione quantistica sta avanzando rapidamente verso macchine su scala utile, che renderanno possibili scoperte scientifiche. Molti gruppi perseguono percorsi distinti e difficili da confrontare verso questo obiettivo, utilizzando tecnologie diverse per i qubit e architetture logiche differenti. Per monitorare i progressi verso l’utilità quantistica servono quindi benchmark rigorosi, che misurino le capacità computazionali in rapporto a problemi impegnativi su scala utile e consentano un confronto equo tra piattaforme diverse. Qui dimostriamo una misurazione diretta e multipiattaforma delle capacità computazionali quantistiche, usando un nuovo benchmark che quantifica la dimensione dei più grandi circuiti quantistici rilevanti dal punto di vista computazionale che una macchina può eseguire con successo e la velocità con cui può eseguirli. Applichiamo sperimentalmente questo sistema di misurazione delle prestazioni delle operazioni quantistiche universali (QUOPS) a processori all’avanguardia di Quantinuum, Google e IBM, eseguendo i calcoli direttamente sui qubit fisici. Traducendo i requisiti di risorse allo stato dell’arte per problemi impegnativi riconosciuti, rappresentativi di computazioni quantistiche utili, nelle dimensioni dei circuiti QUOPS equivalenti, mostriamo che le capacità computazionali devono crescere di 5 ordini di grandezza, il che motiva il ricorso ad approcci fault-tolerant. Usiamo lo stesso benchmark per valutare le prestazioni di un semplice processore fault-tolerant a qubit logici, realizzato con un massimo di otto qubit logici codificati secondo [[7,1,3]] usando Quantinuum Helios-1, e proiettiamo la crescita delle capacità attraverso generazioni successive di computer quantistici fault-tolerant per mostrare come QUOPS possa monitorare i progressi verso l’utilità scientifica quantistica.