注册| 登录

阿里量子实验室演示了量子电路模拟器「太章」:成功模拟81比特40层量子电路

2018-05-08

5月8日,阿里巴巴量子实验室施尧耘团队宣布于近日成功演示了当前世界模拟数最多的量子电路模拟器,名为“太章”。 太章取自:《淮南子·墬形训》:“禹乃使太章步自东极至于西极,二亿三万三千五百里七十五步。”“太章”模拟器目的是用一种经典,我们能理解的方式来理解量子的运行,就跟太章徒步测量东极至西极的距离那样。


据介绍,本次模拟任务只动用了阿里巴巴计算平台在线集群 14% 的计算资源。「太章」的创新算法通信开销极小,得以充分发挥平台在线集群的优势,在过去超级计算机上做不了的模拟任务,比如 64(8x8)比特 40 层的模拟,「太章」只需 2 分钟即可完成。


量子计算可能颠覆当前的计算技术,是科学界和工业界研究的前沿热点。但量子计算的实现十分困难。目前,已经实现的高精度量子处理器也只有 20 几个量子比特。故而规模稍大的量子算法尚无运行的载体。模拟器的作用在于「承上启下」,往下可以帮助理解、设计硬件,向上可以承载算法和应用的探索和验证。「太章」首次使得测试和验证被称为「中等规模」50-200 比特的的量子算法成为可能, 从而为辅助设计中等规模量子算法、量子软件乃至量子芯片提供了一个有力的工具。


在通常的量子电路模拟方案中,需要存储量子状态的全部振幅,在此海量数据上同时模拟量子运算。这个方法要求不断地在众多的计算节点间交换数据,造成巨大的通讯开销。因此,过去这样的模拟任务往往都在超级计算机上进行。实验室团队基于施尧耘教授及其合作者 Igor Markov 在 2005 年提出的另一种模拟方案,发明了一个简单而有效的方法分解整个模拟任务,然后十分均衡地把这些子任务分配到不同计算节点上。「太章」的通信开销极小,这个优点使之十分适合分布式的计算平台。


QQ图片20180508194348_副本.jpg

图 2:「太章」模拟的随机量子电路规模(黑线)与谷歌量子硬件可以实现的规模 (红线) 比较(基于谷歌在 [Characterizing quantum supremacy in near-term devices] 中对 7x7 的估计)


作为基准的随机量子电路是谷歌提出为实现「量子霸权」的算法。「量子霸权」指的是量子处理器的规模和精度到达无法被经典计算模拟的程度。谷歌今年 3 月份提出了未来工作的目标: 72 比特高精度的量子处理器。「太章」的结果表明这一计划中的处理器如果只运行该基准算法仍不足于达到量子霸权。


本次研究成果也提交到预印本网站 arXiv,文章并列第一作者为量子实验室量子科学家陈建鑫博士与实习生张放,作者还有实习生黄甲辰和 Michael Newman 博士。


论文链接:https://arxiv.org/abs/1805.01450

QQ图片20180508194400_副本.jpg


我们在本文中介绍通用量子线路的一个分布式经典模拟算法,并展示计算通用随机线路的输出概率的数值结果。探究结果表明,相比之前报告的,使用阿里巴巴团队的数据基础架构和搜索技术部支持的计算机集群得到的结果,我们可以模拟更多的量子比特以及更大的线路深度。例如,计算线路深度为 40 的 8×8 量子比特的单幅值在之前已经报告超越了超级计算机的计算能力。我们的算法可以在 2 分钟内计算这个值,并仅使用计算机集群的小部分资源(大约 14% 的节点)。此外,通过成功地模拟 9×9×40、10×10×35、11×11×31 和 12×12×27 大小的量子线路,我们证明了利用真实物理参数的带噪声随机线路也有用经典方式进行模拟的可行性。这意味着更稳固的线路或者误差校正可能是由随机线路采样方向实现量子霸权的重要因素。


(来源:机器之心)

收藏 评论:0
没有ID?去注册 忘记密码? 已有账号,马上登陆

添加表情