Powerful hardware services and software libraries are vital tools for quickly and affordably designing, testing, and executing quantum algorithms. A robust large-scale study of how the performance of these platforms scales with the number of qubits is key to providing quantum solutions to challenging industry problems. Such an evaluation is difficult owing to the availability and price of physical quantum processing units. This work benchmarks the runtime and accuracy for a representative sample of specialized high-performance simulated and physical quantum processing units. Results show the QMware cloud computing service can reduce the runtime for executing a quantum circuit by up to 78% compared to the next fastest option for algorithms with fewer than 27 qubits. The AWS SV1 simulator offers a runtime advantage for larger circuits, up to the maximum 34 qubits available with SV1. Beyond this limit, QMware provides the ability to execute circuits as large as 40 qubits. Physical quantum devices, such as Rigetti's Aspen-M2, can provide an exponential runtime advantage for circuits with more than 30. However, the high financial cost of physical quantum processing units presents a serious barrier to practical use. Moreover, of the four quantum devices tested, only IonQ's Harmony achieves high fidelity with more than four qubits. This study paves the way to understanding the optimal combination of available software and hardware for executing practical quantum algorithms.


翻译:强大的硬件服务和软件库是快速、负担得起地设计、测试和实施量子算法的重要工具。 强有力地大规模研究这些平台使用量位数的绩效是提供量子解决方案解决行业难题的关键。 由于物理量子处理器的可用性和价格,这种评估很困难。 这项工作为具有代表性的高性能模拟和物理量子处理器样本的运行时间和准确性提供了基准。 结果显示, QM软件云计算服务可以使量子电路的运行时间减少高达78 %, 相对于低于27 公分数的算法的下一个最快选项而言。 AWS SV1 模拟器为更大的电路提供了运行时间优势, 最高可达34 QV1 的物理量子处理器。 除了这一限制外, QM 软件能够以40 的大小执行具有代表性的电路路路。 Rigetti's Aspen-M2 等物理量计算设备可以为电路路路提供指数运行时间优势超过30个以上。 然而, 物理量量子处理机的高昂财务成本为四级的直径直径直径直径直径直径计算器, 也只能用于四直径直径直径直达的硬基的硬基的硬路路路段。

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