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量子计算模拟平台发展综述

魏璐 马钟 刘倩玉

魏璐, 马钟, 刘倩玉. 量子计算模拟平台发展综述[J]. 微电子学与计算机, 2022, 39(11): 1-10. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.0309
引用本文: 魏璐, 马钟, 刘倩玉. 量子计算模拟平台发展综述[J]. 微电子学与计算机, 2022, 39(11): 1-10. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.0309
WEI Lu, MA Zhong, LIU Qianyu. Overview of quantum computing simulation platforms[J]. Microelectronics & Computer, 2022, 39(11): 1-10. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.0309
Citation: WEI Lu, MA Zhong, LIU Qianyu. Overview of quantum computing simulation platforms[J]. Microelectronics & Computer, 2022, 39(11): 1-10. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.0309

量子计算模拟平台发展综述

doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.0309
基金项目: 

航天科技集团钱学森青年创新基金 

详细信息
    作者简介:

    魏璐  女,(1990-),硕士,工程师.研究方向为量子计算模拟器、量子神经网络算法

    刘倩玉  女,(1992-),硕士,工程师.研究方向为量子计算模拟器、嵌入式软件

    通讯作者:

    马钟(通讯作者)  男,(1984-),博士,研究员.研究方向为计算机视觉、量子计算、机器学习、人工智能.E-mail: mazhong@mail.com

  • 中图分类号: TP385

Overview of quantum computing simulation platforms

  • 摘要:

    量子计算模拟平台是运行在传统计算上具备量子计算功能的系统,是量子计算领域重要的研究工具.在目前量子计算机发展不成熟的阶段,是业界推动量子计算软件、算法和硬件发展的有效途径.面向不同需求的用户类型,将量子计算模拟平台分为了三类,分别为:量子云服务模拟平台、本地运行的量子计算模拟平台和后端支持真实量子计算机的量子云平台.每一种类别选取了几种典型的平台进行了分析,总结了量子计算模拟平台发展的特点和趋势,提出了未来应重点发展的方向和解决的问题,并且提供了量子计算平台的选取建议.

     

  • 图 1  华为HiQ量子计算软件云服务架构

    Figure 1.  Huawei HiQ quantum computing cloud architecture

    图 2  华为HiQ量子计算软件云服务架构

    Figure 2.  Huawei HiQ 3.0 quantum computing software

    图 3  Qibo软件的层次架构

    Figure 3.  The Architecture of Qibo software

    图 4  D-Wave量子退火计算机

    Figure 4.  D-Wave Quantum Computer

    图 5  IonQ离子阱量子计算机

    Figure 5.  IonQ quantum computer

    图 6  Rigetti超导量子计算机

    Figure 6.  Rigetti quantum computer

    图 7  Xanadu光量子计算机

    Figure 7.  Xanadu quantum computer

    图 8  IBM Q Experience量子云计算服务界面

    Figure 8.  IBM Q Experience

    图 9  IBMQX5量子比特连接示意图

    Figure 9.  IBMQX5 qubit connection diagram

    表  1  Qibo不同后端实现方式的功能比较

    Table  1.   Comparison of different backend implementations of Qibo

    Native Custom
    后端名称 defaulteinsum matmuleinsum custom
    是否支持GPU运行方式
    是否支持分布式运行方式
    是否支持测量操作
    是否支持控制门
    是否支持密度矩阵操作/噪声模拟
    是否支持量子线路的门融合优化
    是否支持反向传播
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    表  2  Aspen-8处理器相干时间及操作执行时间

    Table  2.   Aspen-8 coherence time and operation execution time

    Rigetti Aspen-8 时间/μs
    T1 Lifetime 29
    T2 Lifetime 18
    单量子门操作 0.060
    双量子门操作 0.144
    读出操作 1.68
    寄存器重置操作 10
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    表  3  Braket硬件平台量子计算云服务收费标准

    Table  3.   Service charging of Braket

    硬件供应商 系列名称 单任务价格 单shot价格
    D-Wave 2000Q $0.300 00 $0.000 19
    D-Wave Advantage $0.300 00 $0.000 19
    IonQ IonQ device $0.300 00 $0.010 00
    Rigetti Aspen-8 $0.300 00 $0.000 35
    下载: 导出CSV

    表  4  各量子模拟器的数值精度、运行方式、运行效率对比

    Table  4.   Comparison of accuracy, operation Mode and efficiency of various quantum simulators

    模拟器及版本 数值精度 运行方式 运行时间/s 资源占用率/%
    Cirq 0.9.1 single CPU单线程 208.2 99.7
    TFQ 0.3.1 single CPU多线程 279.0 98.9
    Qiskit 0.17.0 double CPU多线程 76.330 97.5
    PyQuil 2.28.0 double CPU单线程 1545.6 22.5
    Quest 3.2.0 single CPU多线程 117.3 95.6
    Quest 3.2.0 single GPU 8.34 99.8
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-03-05
  • 修回日期:  2021-04-30
  • 网络出版日期:  2022-11-29

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