「Quantum Volume」は、将来の精巧で価値の高い量子計算の公正な指標ですか？

「量子ボリューム」と呼ばれる測定基準は、さまざまな量子計算ハードウェアの有用性を何らかの形で比較するために提案されています。大まかに言えば、それはそれが許容する量子計算の最大深さの二乗によってそれらの価値を測定しますが、その値を関連するキュービットの二乗に制限します。この制限は、いくつかのキュービットに向けて最適化することにより、システムの「ゲーム」を未然に防ぎたい場合に正当化されます。1つの参照はhttps://arxiv.org/abs/1710.01022です。

この対策は、ノイズの多い短期の量子コンピューティングデバイスと同じように、より高度な量子コンピューター（量子ゲートの忠実度が高いコンピューター）の実際の品質の進歩を隠してしまうことを懸念しています。問題は、この懸念が正当化されるかどうかです。

私の懸念の背後にある議論は、量子化学計算などの量子コンピューターの潜在的なキラーアプリケーションでは、必要な（潜在的に適度な）キュービット数よりもはるかに大きなゲート深度での計算が必要になるという仮定です。この場合、「量子ボリューム」は、1つの量子コンピューター（特に忠実度が高い）が本質的に無制限の深さを許可するか、最小限のゲート深さのみを達成できるかどうかに関係なく、キュービット数の2乗に制限されます。 「量子体積」の量子ビット数の二乗への制限。私の質問の1つの側面は、次のとおりです。この議論は正しいですか。

量子ボリュームは、小さな騒々しいコンピューターの指標としてのみ役立つ可能性があります。

すべてのタスクに理想的な単一の数値のメトリックを作成することは不可能です。従来のコンピューターでも、DhrystoneやWindowsパフォーマンスインデックスなどのメトリックは、実際のタスクのパフォーマンスを予測するのに最適です。逆に、複数の数値を指定すると、情報がはるかに多くなる可能性があります。量子ボリュームフレームワーク内で、QPUを「エグゼクティブサマリー」として与えるようにQPUを特徴付けるとき、モデル回路の深さのさまざまな量子ビット数を引用することもお勧めします。を必要な深さおよびキュービットと比較すると、少なくともキラーアプリがキュービットのランダムペアの並列ランダムのモデル回路シーケンスに似ている限り、予測できます。$N$$d(N)$$d(N)$$SU(4)$

量子ボリュームはモデル回路を正しく実装するためのものです。したがって、量子ボリュームを測定するには、これらの回路をシミュレーションして、QPUの出力を理想的な結果と比較します。シミュレーションは比較的少数のキュービットまたは低深度でのみ実用的であるため、小さい/ノイズのあるデバイスの量子ボリュームを測定することのみが可能です（追加の仮定なし）。幸いにも、幅/深さがシミュレーションの限界に達したとき（に非常に$N\simeq d\simeq 50$）、これは、論理キュービットを実装するためにそのようなデバイスを使用し始めることができるほど十分に低いノイズである必要があるときです。論理キュービットに適切なメトリックを定義することは未解決の問題です。強調は「このアルゴリズムはまったく実行できるか」から切り替わります。「このアルゴリズムにはどれくらい時間がかかりますか？」そして、メトリックは確かに非常に異なり、論理ゲート時間を含みます。

$10^{15}$$10^{13}$

$10^{13}$ $10^{13}$

$10^3$$10^9$$10^9$$10^6$

$d$$d^2$

$10^9$$10^3$