计算量子电路的量子脆弱性因子的系统化方法
摘要：量子计算是最近几年最有前景的技术进步之一。量子计算曾经只是解决物理模拟问题的概念性想法，但如今已经成为现实，有许多机器能够执行量子算法。量子计算中最困难的挑战之一是可靠性。量子比特对噪声非常敏感，这可能导致输出无用。而且，最近已经表明超导量子比特极易受到外部故障源（如电离辐射）的影响。当大规模采用时，辐射引起的错误预计将成为量子比特可靠性的严重挑战。在本文中，我们提出了对量子电路执行过程中瞬态故障影响的评估。受到广泛用于表征经典计算架构和算法可靠性的结构和程序漏洞因素的启示，我们提出了量子脆弱性因子（Quantum Vulnerability Factor，QVF）作为衡量比特损坏对电路输出概率分布影响程度的指标。首先，我们基于最新的实际机器研究和最近进行的辐射实验，对故障进行建模。然后，我们利用Qiskit构建了量子故障注入器，并对量子电路中的故障传播进行了表征。我们报告了超过1500万次故障注入的结果，评估了三个量子电路的可靠性，并确定影响输出的故障和比特比其他更有可能。通过我们的结果，我们提供了如何在实际的量子计算机中映射比特以减少输出错误和减小因辐射引起的损坏修改输出的概率的指导方针。最后，我们将模拟结果与物理量子计算机上的实验进行了比较。
作者：Daniel Oliveira, Edoardo Giusto, Betis Baheri, Qiang Guan, Bartolomeo Montrucchio, Paolo Rech
论文ID：2111.07085
分类：Emerging Technologies
分类简称：cs.ET
提交时间：2021-11-16