本源量子成功實現64比特量子模擬打破IBM Q記錄

近日，本源量子利用64 節點的計算機集群，成功實現了 64 量子比特的量子電路模擬，打破了 IBM Q 的 56 位模擬記錄。

64 量子比特的量子電路模擬（使用經典計算機的量子模擬器，屬於經典計算機模擬環境），相關論文《64-Qubit Quantum Circuit Simulation》已發表在 arXiv 上（後附原文鏈接）。

此前，普遍觀點是超過 50 量子比特的量子計算機無法被經典計算機模擬，甚至是最強大的超級計算機也做不到。今年2月以前，IBM 和Google都實現了 56 量子比特的模擬電路。

但是，本源量子軟體開發團隊利用優化後的模擬設計方法進一步將這一極限提高到了 64 比特，實際上我們根據IBM提供的Blue Gene/Q超級計算機的數據，推算出 72 位量子電路在此超級計算機模擬的可行性，這些在論文中都有詳細說明。

開發團隊通過分解雙量子比特邏輯門，從而將原電路轉換成並行子電路的方法，設計實驗來模擬 42、56 和 64 量子比特的量子隨機電路。其中 42 和 56 量子比特的電路只需要一台配置了GTX1080Ti顯卡的個人計算機設備就可以完成模擬計算。而64比特量子模擬則是在一個由64台計算機組成的集群上耗費了多天時間進行驗證，當然，其消耗的硬體資源相比IBM團隊的56比特電路模擬已經大大降低。（具體運行時間見附圖）

我們一共進行了兩次相同的模擬任務，均採用了64台計算機組成的集群進行驗證，但第二次的硬體設施性能較第一次有所提升，時間的花費從第一次的6天縮短至3天。

用經典計算機模擬量子計算機的難度在於每增加一位量子比特，模擬的困難程度會翻一番。若使用未經優化的演算法，模擬64位量子計算機的所需的內存容量為256EB(262144PB)，大大超過經典計算機的極限。Origin Q開發團隊提出了將量子比特切分為兩半，對它們進行獨立處理的方案，總共使用16 TB內存即完成了模擬。

圖1：三種量子隨機電路所用的硬體設施、相應軟體及模擬時間。

在過去的幾年裡，量子計算領域取得了許多重大進展。「量子霸權」曾稱，當一個50量子比特的裝置被製造成時，量子計算機執行某個任務的能力將超越最好的超級電子計算機。

我們相信，通用量子計算機隨量子比特數量增長其處理超大量數據的能力也呈指數級增長。

在未來，量子計算機有望提供比經典計算機更為強大的計算能力。

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