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Q-CTRL是一家澳大利亚初创公司，专注于构建量子控制基础设施软件，重点开发错误抑制工具和技术。今天，Q-CTRL宣布，该公司新的算法基准测试实验表明，使用量子控制构建的替换量子逻辑操作可以在不增加用户额外开销的情况下，将在真实硬件上执行量子算法的成功率提高2500%以上。实验还表明，新的方法在防止计算错误方面的效率比任何以前演示的技术都高400倍以上，大大简化了用户提高性能的过程。Q-CTRL创始人兼首席执行官、悉尼大学教授Michael Biercuk表示：“这是有史以来最强大的错误抑制技术，并为用户带来了巨大的竞争优势，这将有可能使企业提前几年实现有用的量子计算。”
量子计算机中有缺陷的量子逻辑门限制了你可以执行的算法。在大多数情况下，即使是相对简单的量子算法，失败的次数也比成功的次数多得多。目前，失败率达到90%是司空见惯的。最近，Q-CTRL在美国量子经济发展联盟(QED-C)的基准测试基础上进行了实验，测试期间在硬件系统中观察到的错误非常严重，以至于在某些情况下，系统返回的输出在统计上无法从随机概率中分辨出来。Q-CTRL使用专门的软件来改变量子算法的构建模块(量子逻辑门)，发现当在多台IBM量子计算机上运行算法时，它能够以前所未有的程度减少计算错误。Q-CTRL使用量子控制方法为所有量子逻辑门提供新的定义，并使用它的人工智能代理自动优化，以减少每次操作中出错的可能性。之前已经证明，使用Q-CTRL的软件，量子逻辑门可以减少出错的可能性。Q-CTRL在最近的实际量子计算硬件实验中测试了该领域一系列重要算法的性能增强，包括量子傅里叶变换(用于Shor因式分解算法)和所谓的Bernstein-Vazirani算法。利用其在量子控制和人工智能方面的专业知识，Q-CTRL将在7量子比特电路上的算法成功概率提高了2680%以上。他们在多台机器(IBM Jakarta和Lagos)和多个算法上测试了用Q-CTRL优化的门替换所有门的方法。可以看到，在Q-CTRL可用的最大系统规模下，算法成功率在一个数量级上达到了峰值改进，而且这一好处随着电路宽度(量子比特数)的增加而增加。可实现的获益最终受到量子比特退相干时间T1的限制——这是Q-CTRL的合作硬件制造商正在努力的事——这意味着可能会有更大的获益。
图1 有(紫色)和没有(灰色)Q-CTRL增强的Bernstein-Vazirani算法性能。
图2 不同电路宽度下算法成功率提升的倍数。此处，根据所需电路深度，针对最具挑战性的目标比特串“all 1”执行Bernstein-Vazirani算法。使用的性能指标是“成功概率”，它比QED-C最近一篇论文中使用的“电路保真度”更适合默认硬件。
图 3：对不同算法的改进。在7量子比特的电路上，Bernstein-Vazirani算法和量子傅里叶变换算法的成功率分别提高了27倍和12倍；在6量子比特的电路上，Grover搜索算法的成功率提高了1.6倍
总之，在不改变测试算法或硬件的情况下，仅量子门的替换就使量子计算算法在真实硬件上成功的可能性提高了2680%以上。“我们之前展示了抗错量子逻辑门的性能，但将所有部分放在一起，观察到一个算法实现了25倍以上的改进，这绝对是令人惊讶的。”Biercuk表示。
目前已经开发了各种技术来减少电路或算法层面的错误。但这些方法都需要用户投入额外的开销——你需要执行更多的电路，执行更多的测量，并消耗更多的计算时间来减少错误带来的随机性。Q-CTRL处理近期量子计算机错误的方法是不同的——因为它是确定性的。他们使用鲁棒量子控制理论和先进人工智能代理自动设计量子逻辑门，使其能够抵御硬件中有限的错误源。用Q-CTRL的定义(在他们的软件中自动处理的过程)替换算法中的所有门，这样就可以更好地工作，而不会给用户带来额外的开销。与过去的其他方法相比，使用Q-CTRL确定性错误抑制技术所实现的4量子比特量子傅里叶变换(QFT)实现了大约3倍的算法增强。相比之下，另一种策略实现了大约15%的改进，并消耗了20倍的资源(Q-CTRL在五量子比特QFT上改进了12倍)。对于固定资源，这意味着Q-CTRL技术在减少算法错误方面的效率提高了约400倍。Q-CTRL在博客中表示，在NISQ时代，Q-CTRL技术是迄今为止被证明能提高量子计算机性能的最有效的策略。从中期来看，随着量子纠错的采用，Q-CTRL将硬件级的确定性错误抑制与QEC结合起来，可以提供更大的组合价值。Q-CTRL将很快发布一个名为Fire Opal的新工具集，只需将用户的算法通过Q-CTRL的软件在真正的量子计算机上执行，并达到硬件允许的最大性能。https://q-ctrl.com/blog/q-ctrl-boosts-quantum-algorithms-by-greater-than-25x-in-benchmarki相关阅读：
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