采用全新先進容錯技術，IBM Eagle 量子計算機復雜計算測試完勝傳統超級電腦
2023-06-26 12:19:40 EETOPIBM 通過量子運算成功解決了目前超級計算機逼近法（pproximation method）所無法處理的復雜問題，進而加速了不同學科科學家得以利用量子系統解決過往棘手之化學、材料科學、AI等領域難題的進程。 IBM 研究團隊首先將所搭配易出錯誤的量子位運行在比深太空更低溫的環境下，然后再通過傳統超級計算機的模擬來檢驗結果。但要讓 127 量子位符的 Eagle 量子計算機發揮解決傳統超級計算機都碰壁之難題的價值，必須先解決兩個非常困難的問題。首先，他們必須從與生俱來就充滿噪聲且易出錯誤的量子計算機中獲得準確的結果。其次，由于當前量子計算機從未運行過這么大的模型，那么要怎么知道結果是正確的？ 針對噪聲問題，IBM 通過錯誤緩解（error mitigation）技術加以解決。但基本上，想要糾正量子運算中的錯誤，目前為止仍不可行。傳統電腦受到宇宙粒子撞擊時，其「0」變成「1」的機率是 10 的 -27 次方，雖然機率接近零，但傳統計算機仍會透過循環冗余碼（Cyclical Redundancy Codes）對這些錯誤進行偵測與校正。同樣的情形發生在量子計算機上，其「0」變成「1」的機率會增加100萬億倍，達到10的-4次方，這迫使人們不得不投入大部分量子計算機算力來發現并糾正錯誤。 為了解決前述提到的第一個難題，IBM采用零噪聲外推法（Zero Noise Extrapolation）將噪聲加大20%及60%，然后外推回無噪聲下的期望值，進而降低偏差。IBM 表示他們之所以能夠做到這點，是因為他們已打造出空前規模與品質的量子系統，并開發了能在這樣規模量子系統上操控噪聲的能力所致。 為了解決前述第二個難題，IBM 延攬了加州大學伯克利分校的頂尖傳統計算方法專家助陣。該研究團隊同時在勞倫斯柏克萊國家實驗室（Lawrence Berkeley National Lab）及普渡大學（Purdue University）的傳統超級計算機上執行復雜問題。結果在處理較低等級的復雜性問題上，量子計算機的計算結果與傳統超級計算機通過暴力破解式模擬得出的精確答案相一致。但隨著模型難度的增加，傳統超級計算機開始顯露疲態，最終證明，該模型對于暴力破解法而言太過困難了。但 IBM 量子系統因拜全新先進錯誤緩解技術之賜，因而具備提供更準確答案的能耐。 雖然目前該研究仍未達到所謂量子優勢（亦即量子霸權）的境界，亦即量子系統能解決任何傳統計算都無法解決的難題。但 IBM 認為已進展到所謂的量子效用階段，隨著軟硬件技術的不斷突破，量子系統可用來驗證傳統計算結果，并解決傳統計算機難以解決的問題。
采用全新先進容錯技術，IBM量子系統能解決傳統計算機難以解決的問題
