Volumen cuántico

El volumen cuántico es una métrica que mide las capacidades y las tasas de error de una computadora cuántica . Expresa el tamaño máximo de los circuitos cuánticos cuadrados que la computadora puede implementar con éxito. La forma de los circuitos es independiente de la arquitectura de la computadora cuántica, pero el compilador puede transformarla y optimizarla para aprovechar las características de la computadora. De esta manera, se pueden comparar los volúmenes cuánticos de diferentes arquitecturas.

Comparar computadoras cuánticas resulta complejo. El volumen cuántico es un único valor numérico diseñado para mostrar el rendimiento general. Se trata de una medida, no de un cálculo, que tiene en cuenta diversas características de una computadora cuántica, comenzando por su número de cúbits ; otras medidas utilizadas son los errores de puerta y de medición, la diafonía y la conectividad. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

IBM definió su métrica de Volumen Cuántico ^{[ 4 ]} porque el número de transistores de una computadora clásica y el número de bits cuánticos de una computadora cuántica no son iguales. Los cúbits pierden coherencia, lo que resulta en una pérdida de rendimiento, por lo que unos pocos bits tolerantes a fallos son más valiosos como medida de rendimiento que un mayor número de cúbits ruidosos y propensos a errores. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

En general, cuanto mayor sea el volumen cuántico, más complejos serán los problemas que una computadora cuántica puede resolver. ^{[ 7 ]}

Entre los puntos de referencia alternativos se incluyen la evaluación comparativa de entropía cruzada , las operaciones cuánticas confiables por segundo ( rQOPS ) propuestas por Microsoft , las operaciones de capa de circuito por segundo ( CLOPS ) propuestas por IBM y los cúbits algorítmicos propuestos por IonQ . ^{[ 8 ] [ 9 ]}

El récord mundial, a septiembre de 2025 , para el volumen cuántico más alto es 2 ²⁵ . ^{[ 14 ]} Aquí hay una descripción general de los volúmenes cuánticos alcanzados históricamente:

El benchmark de volumen cuántico define una familia de circuitos cuadrados , cuyo número de cúbits N y profundidad d son iguales. Por lo tanto, el resultado de este benchmark es un único número. Sin embargo, una generalización propuesta es el marco del benchmark volumétrico ^{[ 38 ]} , que define una familia de circuitos cuánticos rectangulares , para los cuales N y d están desacoplados para permitir el estudio de las compensaciones de rendimiento espacio-temporal, sacrificando así la simplicidad de un benchmark de una sola cifra.

Las pruebas de rendimiento volumétricas pueden generalizarse no solo para tener en cuenta las dimensiones N y d desacopladas , sino también para probar diferentes tipos de circuitos cuánticos. Si bien las pruebas de volumen cuántico evalúan la capacidad de la computadora cuántica para implementar un tipo específico de circuitos aleatorios , estos pueden, en principio, sustituirse por otras familias de circuitos aleatorios, circuitos periódicos ^{[ 39 ]} o circuitos inspirados en algoritmos. Cada prueba debe tener un criterio de éxito que defina si un procesador ha "superado" un circuito de prueba determinado.

Si bien estos datos pueden analizarse de muchas maneras, un método sencillo de visualización consiste en ilustrar el frente de Pareto de la relación de compromiso entre N y d para el procesador que se está evaluando. Este frente de Pareto proporciona información sobre la mayor profundidad d que puede soportar un parche de un número determinado de cúbits N , o, alternativamente, el parche más grande de N cúbits que puede soportar la ejecución de un circuito de una profundidad determinada d .

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