Hvor rask er en datamaskin? Det finnes ikke noe enkelt svar på dette, da det er mange faktorer som spiller inn. Noen relativt faste måleenheter finnes det likevel. For eksempel sammenligner man gjerne ytelsen til superdatamaskiner ved å måle hvor mange flyttallsoperasjoner de greier å utføre per sekund (FLOPS).
Kvantedatamaskiner fungerer på en helt annen måte enn klassiske datamaskiner. Der er det så langt enda mer åpent hvordan man skal måle hvor mye nyttig arbeid de er i stand til å utføre per tidsenhet. Men nylig kom IBM med et utfyllende forslag om nettopp dette.
Tre egenskaper for ytelse
For å beregne arbeidskapasiteten til kvantedatamaskiner, må man ifølge IBM se på tre ulike egenskaper etter attributter: skalerbarhet, kvalitet og hastighet.
Skalerbarhet er ganske enkelt å forholde seg til. Dette handler om antallet qubits (kvantebit) som kvantedatamaskinen består av. Qubit er den grunnleggende enheten for kvanteinformasjon. IBM håper fortsatt på å kunne levere kvantebrikken Eagle med 127 qubits senere i år.
Deretter blir det litt mer komplisert. For en kvantedatamaskin med mange qubits er ikke nødvendigvis rask, og kvaliteten kan være så som så.
Kanskje Google ikke har oppnådd kvanteoverlegenhet likevel?
Kvantekretser og kvalitet
En kvantedatamaskin manipulerer qubitene ved å lenke dem sammen til kvantekretser, ved å benytte en form for kvanteoperasjoner som kalles for kvanteporter («quantum gates»).
Kvanteporter kan sammenlignet med de klassiske, logiske portene som konvensjonelle, digitale kretser består av, men med andre egenskaper.
IBM har tidligere introdusert et mål for kvalitet som kalles for Quantum Volume. Dette består av en protokoll for testing av hvor godt en kvantedatamaskin kan kjøre en krets som består av virkårlige kvarteporter med to qubits som fungerer i parallell på noen av enhetens totale mengde med qubits. Antallet qubits utgjør bredden i kretsene, mens dybden utgjøres av antallet diskrete tidstrinn som kretsen kan kjøre porter før qubitene rammes av dekoherens, det vil si at de mister kvanteinformasjonen. Dette skjer normalt på mindre enn et millisekund i dag.
Selve Quantum Volume-målet identifiserer den største kvadratformede kretsen – hvor bredden og dybde er like – som kan kjøres på en gitt kvanteenhet.
Introduserer CLOPS
Målet for hastighet, som IBM foreslår nå, har selskapet kalt for Circuit Layer Operations Per Second (CLOPS). Dette handler om hvor raskt en kvanteprosessor kan utføre kvantekretser, eller mer spesifikt, lag med parametriserte modellkretser.
IBMs raskeste systemer kan i dag utføre opptil 1400 CLOPS.
IBM mener at virkelige oppgaver innen kvantedatabehandling vil omfatte betydelig kommunikasjon mellom en kvanteprosessor og en klassisk datamaskin. Det er på den sistnevnte at hovedprogrammet kjøres, og det er her resultatene av beregningene mottas.
Et program som kjøres på en klassisk datamaskin vil kanskje bruke kvanteprosessoren som en akselerator, og algoritmer som kan sende mange kall til kvanteprosessoren. Ifølge IBM vil systemet som sørger for at denne kommunikasjonen skjer effektivt, være kritisk for å oppnå høy hastighet.
Mange utfordringer gjenstår
I IBMs systemer har det blitt identifisert flere flaskehalser som begrenser hastigheten. Gjennom forbedringer i maskinvaren skal det være mulig å redusere tiden mellom etterfølgende kvantekretser, initialiseringstidene for datalasting, samt forbedret kompilering under kjøring.
IBM ønsker at de tre ytelsesmålene skal tas i bruk i bransjen for å gjøre det mulig å sammenligne ytelsen til systemer fra ulike leverandører. Så langt har antallet qubits blitt særlig vektlagt, men også Quantum Volume-målet skal ha blitt adoptert av flere av IBMs konkurrenter.
Den virkelige utfordringen er uansett å oppnå forbedringer innen både skalerbarhet, kvalitet og hastighet i samme system. For eksempel har enkelte metoder, som har gitt gode resultater når det gjelder kvaliteten, vist seg å ha utfordringer når det gjelde å takle hastighet. Andre metoder gir høy hastighet, men med dårlig kvalitet og skalerbarhet.
Kunne se og endre andre lånekunders informasjon: – En alvorlig feil
