Cross-entropi benchmarking

Cross-entropy benchmarking (även kallat XEB ) är ett kvantbenchmarking- protokoll som kan användas för att demonstrera kvantöverhöghet . I XEB exekveras en slumpmässig kvantkrets på en kvantdator flera gånger för att samla in en uppsättning $k$ -sampel i form av bitsträngar $\{x_{ 1},\dots ,x_{k}\}$ . Bitsträngarna används sedan för att beräkna kors-entropi benchmark trohet ( ${\displaystyle F_{\rm {XEB}}})$ via en klassisk dator , given av

$F_{\rm {XEB }}=2^{n}\langle P(x_{i})\rangle _{k}-1={\frac {2^{n}}{k}}\left(\summa _{i=1 }^{k}|\langle 0^{n}|C|x_{i}\rangle |^{2}\right)-1$ ,

där $n$ är antalet qubits i kretsen och $P(x_{i})$ är sannolikheten för en bitsträng ${x_{i}}$ för en idealisk kvantkrets $C$ . Om $F_{XEB}=1$ , samlades proverna från en ljudlös kvantdator. Om $F_{\rm {XEB}}=0$ , så kunde proven ha erhållits via slumpmässig gissning. Detta betyder att om en kvantdator genererade dessa prover, så är kvantdatorn för bullrig och har därför ingen chans att utföra utöver klassiska beräkningar. Eftersom det krävs en exponentiell mängd resurser för att klassiskt simulera en kvantkrets, kommer det en punkt då den största superdatorn som kör den bästa klassiska algoritmen för att simulera kvantkretsar inte kan beräkna XEB. Att korsa denna punkt är känt som att uppnå kvantöverhöghet; och efter att ha gått in i kvantöverhöghetsregimen kan XEB endast uppskattas.

Sycamore -processorn var den första som visade kvantöverlägsenhet via XEB. Förekomster av slumpmässiga kretsar med $n=53$ och 20 cykler kördes för att erhålla en XEB på $0,0024$ . Att generera prover tog 200 sekunder på kvantprocessorn när det skulle ha tagit 10 000 år på Summit vid tiden för experimentet. Förbättringar i klassiska algoritmer har förkortat körtiden till ungefär en vecka på Sunway TaihuLight och därmed kollapsat Sycamores anspråk på kvantöverlägsenhet. Från och med 2021 gäller den senaste demonstrationen av kvantöverhöghet av Zuchongzhi 2.1 med ${\displaystyle n=60} ,$ 24 cykler och en XEB på ${\displaystyle 0,000366} .$ Det tar cirka 4 timmar att generera prover på Zuchonzhi 2.1 när det skulle ta 10 000 år på Sunway.

Se även

• Bosonprovtagning