Q-score：评估量子性能和优势的唯一通用指标

光子盒研究院出品

12月4日，Atos公司公布了“Q-score”，这是第一个通用的量子度量标准，适用于所有可编程量子处理器。Q-score衡量的是量子系统处理现实生活中经典计算机无法解决的问题的有效性，而不是简单地衡量其理论性能。Q-score重申了Atos致力于尽早提供量子计算的具体好处。

过去五年，Atos通过参与行业和学术合作项目及融资项目，与业界携手开发能依靠量子计算加速的用例，已成为量子应用领域的先驱。

Atos公司首席执行官Elie Girard表示：“面对层出不穷的处理器技术和编程方法，计划投资量子计算的组织需要一个可靠的指标来帮助他们选择最有效的路径。如果不了解硬件的话，Q-score是一个客观、简单和公平的衡量标准，值得信赖。自2016年欧洲首个量子计算产业计划‘Atos Quantum’启动以来，我们的目标始终不变，即推动产业和研究应用的发展，为量子优势铺平道路。”

Q-score衡量的是什么?

如今，量子比特的数量是评估量子系统性能最常用的指标。然而，量子比特是不稳定的，且从一种量子技术到另一种量子技术(如超导电路、离子阱、硅和光子学)的质量(速度、稳定性、连通性等)会有很大差异，使其成为一个并不完美的基准工具。

通过专注研究解决著名的组合优化问题的能力，Q-score将在解决现实世界的优化问题时，为研究中心、大学、企业和技术领先者提供明确、可靠、客观和可比的结果。

Q-score衡量了量子处理器在解决优化问题时的实际性能，代表了近期量子计算时代(NISQ)。为了提供一个比较绩效分数和保持一致性的参考框架，Q-score依赖于一个标准的组合优化问题，并对所有评估都是一样的(最大割问题，类似于著名的旅行推销员问题，见下文)。分数是根据量子技术可以优化的问题中的最大变量数计算的(例如：23个变量= 23个Q-score或Qs)。

Atos公司将组织发布一份基于Q-score的全球最强大量子处理器年度榜单。预计2021年的第一份报告将包括制造商提供的实际自我评估。

基于开放存取软件包，Q-score建立在3个支柱上：

应用驱动：具备了衡量一个量子系统解决实际操作问题的能力，Q-score是唯一一个基于近期可用量子算法的度量系统；

开放性和易用性：Q-score受益于Atos的技术中立方法，是通用和免费的。它的软件包包括工具和方法，不需要大量的计算能力来计算指标；

客观性和可靠性：Atos结合了硬件无关、技术无关的方法，以及与量子领域的主要行业客户和技术领导者合作获得的算法设计和优化方面的强大专业知识。用于建立Q-score的方法将被公开并接受评估。

一个可以让Q-score在任何处理器上运行的免费工具包将于2021年第一季度提供。Atos邀请所有制造商在他们的技术上运行Q-score并公布结果。

由于Atos量子学习机（QLM，一种强大的量子模拟器）先进的量子比特模拟能力，Atos能够计算各平台的Q-score估计值。这些估算考虑了制造商公开提供的特性。

Atos量子咨询委员会(Atos Quantum Advisory Board)对Q-score进行了审查，该委员会由国际专家、数学家和物理学家组成，均是量子计算领域的权威人士。

利用旅行推销员问题(TSP)理解Q-score

如今，量子计算最有前途的应用是解决大型组合优化问题。这类问题的例子有著名的TSP问题以及不那么著名但同样重要的“最大割问题”。

问题陈述：一个旅行者需要在一次往返旅行中参观N个城市，其中所有城市之间的距离是已知的，每个城市只参观一次。如何找到能让他参观每个城市一次，然后返回原来城市的最短路线？

这个问题看起来简单，但考虑到不断增加的N个变量(城市)时，给出一个明确、完美的答案就变得相当复杂了。“最大割问题”则是一个更通用的问题，应用范围很广，比如电子板的优化、5G天线的定位等。

Q-score的作用是评估量子处理器解决这些组合问题的能力。

量子性能和量子优势

虽然世界上最强大的高性能计算机(HPC)(所谓的“百亿亿次”)将达到相当于60的Q-score，同时根据公开数据估计，最好的量子处理器(QPU)的Q-score大约在15。根据最新的进展，预计量子性能将在明年达到20 Qs以上。

Q-score可以评估200个量子比特以上的QPU性能，是识别和衡量量子优势的完美参考指标，定义为量子技术解决经典技术无法同时解决的优化问题的能力。

综上所述，Atos估计在优化问题的背景下量子优势将达到60 Qs以上。

Atos致力于推进量子计算的行业应用

2020年是量子竞赛的转折点，第一批现实生活中的问题或应用得到了识别，这些问题或应用在经典世界中无法解决，但在量子世界中可能会得到解决。对于任何颠覆性的技术，设想相关的应用(以及必要的伦理限制)是走向成功的重要一步。这正是Atos认为其主要作用所在。

借助Atos QLM和Atos在算法开发方面的优势，该小组协调了欧洲项目NEASQC（量子计算的下一个应用），该项目旨在推动近期量子应用并展示量子优势。NEASQC将学术界和制造商聚集在一起，他们的商业应用受到量子加速推动。预计在2023年发布的第一台Atos NISQ加速器将进一步支持这些应用，该加速器将量子比特集成在高性能计算架构中。

关于Atos

Atos是全球数字化转型的领导者，在73个国家拥有11万名员工，年收入120亿欧元。公司在云计算、网络安全和高性能计算在欧洲排名第一，集团提供端对端协同混合云、大数据、商业应用和数字工作场所解决方案。该集团是奥运会和残奥会的全球信息技术合作伙伴，旗下经营品牌为Syntel和Unified。Atos是一家欧洲上市公司。

原文：

https://www.globenewswire.com/news-release/2020/12/04/2139677/0/en/Atos-announces-Q-score-the-only-universal-metrics-to-assess-quantum-performance-and-superiority.html

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1930年秋，第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开。早有准备的爱因斯坦在会上向玻尔提出了他的著名的思想实验——“光子盒”，公众号名称正源于此。