通过CLOPS提高量子计算的实用性

IBM最近在其博客上发布消息称，在过去的一年里，IBM Quantum团队沿着其发展路线图取得了巨大的进步在发展过程中，提高量子计算的性能尤为重要，其中衡量量子计算性能的三个关键指标包括规模，质量和速度

前几天，在原有指标的基础上，IBM提出了一个测速指标mdashmdash每秒钟的电路操作，也称为CLOPS。

以下是完整的博客:

在过去的一年里，IBM Quantum团队取得了巨大的成就我们已经沿着发展路线图取得了巨大进展，并计划到2023年底在1000多个系统上实现无摩擦量子计算我们预计这将是该领域发展的一个转折点

我们推进量子计算系统的指导原则和目标是增加这些系统可以完成的有用工作负载，mdash简单来说，就是量子计算的性能性能有三个关键属性:规模，质量和速度要将量子计算机引入一个组织的计算工作流程，就必须推动这三个领域的发展

衡量量子计算性能的三个关键指标:规模，质量和速度。

对于规模，我们通过系统中量子比特的数量来衡量进展去年，我们发布了65量子位处理器，今年，我们有望交付127量子位的Eagle处理器，这归功于扩展技术的不断创新

就质量而言，我们使用之前定义的量子体积，并为今天的用户提供许多具有128个量子体积的系统速度是经常讨论的属性，它对应用程序的工作负载有实际影响可是，一个合适的系统不可知的度量还没有出现，它可以捕捉电路执行的硬件和软件之间的完全依赖

今天，我们想提出一个指数，我们称之为电路层的每秒操作数，或CLOPS。”。

通过CLOPS提高量子计算的实用性。”英国拉夫堡大学的物理学家AsiriSlazaledes指出，他是2015年最早发现这种新状态存在可能性的科学家之一。

伴随着量子计算的发展和解决实际问题的开始，我们必须更加关注量子计算系统在给定的时间单位内能做多少工作我们预计实际工作量将涉及量子和经典mdash之间的相互作用，mdash一个完整的程序会调用量子处理器作为某些任务的加速器，一个算法需要多次调用量子处理器因此，运行时系统允许高效的量子经典通信来实现高性能是非常重要的我们已经将这种运行时交互嵌入到了CLOPS基准提案中

CLOPS是与量子处理器mdash的执行电路速度相关的指标，mdash具体而言，该指数测量处理器执行用于测量量子体积的相同类型的参数化模型电路层的速度。“即使你将一个钟摆与整个宇宙物理隔离，在零摩擦和空气阻力的情况下，它最终也会停止摆动，这是热力学第二定律的结果。

提高量子处理器的速度对于支持基于变分方法的最新算法非常重要，因为变分方法需要经历数千次迭代量子比特门时间的改进使我们能够大大扩展当前量子系统的范围，并进一步超越经典计算硬件

mdashmdash超级科技公司创始人兼首席执行官普拉纳夫戈卡莱

运行时架构和编译阶段量子卷基准测试的电路模式及其离线编译

量子电路是量子计算机的基本计算单元，就像经典计算的逻辑电路一样基准测试需要执行模型电路的许多实例，并在运行时生成不同的参数硬件—软件栈的每个部分都对CLOPS有贡献，包括量子处理器的重复率，门操作的速度，运行时编译和生成经典控制指令所需的时间，以及所有单元之间的数据传输速率

为了实现最高性能的量子计算系统，我们需要彻底重新思考管理量子计算程序运行的架构，这就是我们引入Qiskit Runtime的原因。

Qit Runtime是一种可移植，安全和容器化的架构，它在与量子处理器紧密集成的经典计算单元上运行量子程序同时，Qiskit Runtime允许量子计算机成为任何计算环境的一部分，从而加快计算速度，处理任务编译和数据并将其传输到量子处理单元，从而最大限度地提高效率

今天，我们最快的系统每秒可以执行1400个电路层操作。

量子硬件的改进将减少电路延迟时间和连续电路之间的空闲时间运行时架构的进一步改进将减少数据加载的初始化时间，提高运行时编译

超导量子比特是高性能量子计算的自然选择。

我们的目标是发展实用的量子计算，我们相信我们的超导量子比特系统为推动量子计算的普及提供了最好的机会其他量子架构可以在规模，质量和速度等方面实现高性能例如，俘获离子已经显示出实现高量子体积的能力，但它们在解决速度方面面临挑战，而自旋量子位可以实现高速，但迄今为止，它们在提升质量或规模方面面临挑战

我们预计，在可扩展性，质量和速度方面的性能提升方面，超导量子比特将为实现这三个领域的持续增长提供最大的机会。

事实上，我们已经在真实的科学演示中看到了速度的好处2017年，我们需要运行48亿个量子电路来模拟氢化锂分子，这在我们之前的商业堆栈上将需要几个月到几年的时间但是现在，有了Qiskit Runtime和其他改进，我们可以将计算速度提高120倍

如果我们想加速量子计算机的应用，我们需要专注于量子计算机可以做的有用工作，我们需要在所有三个关键性能领域不断改进。

middot我们致力于实现我们的发展路线图，猎鹰，蜂鸟和鹰都证明了这一点。

middot在质量方面，我们正在积极推进核心研究，以改善超导量子比特的基本相干性和门误差。“一开始能量集中在钟摆的质心，但最终总是转化为物质的内部自由，比如钟摆内部原子的振动。

middot现在我们引入了CLOPS来改善这三个性能指标。

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