用于精确估计量子算法成功率的量子脆弱性分析

尽管量子计算机为信息处理提供了令人振奋的机遇，其当前仍受计算中尚未被充分理解的噪声影响。不完整的噪声模型导致了量子程序成功率（SR）估计与实际机器结果之间的偏差。例如，估计成功概率（ESP）是用于衡量量子程序性能的最先进度量。ESP 预测不佳，因为它未能考虑每次程序执行所特有的电路结构、量子态与量子计算机性质的组合。因此，迫切需要一个能阐明各类噪声影响并准确稳健预测量子计算机成功率的系统方法，强调应用与器件规模化。本文中，我们提出量子脆弱性分析（QVA）以系统量化误差对量子应用的影响，并弥合当前 SR 估计量与真实量子计算机结果间的差距。QVA 确定目标量子计算的累积量子脆弱性（CQV），其基于应用于目标量子机的整个算法量化量子误差影响。通过在三台 27 量子比特量子计算机上以知名基准评估 CQV，CQV 成功率估计优于估计成功概率最先进预测技术，平均相对预测误差降低六倍，最佳情况达 30 倍（针对真实 SR 率高于 0.1% 的基准）。已给出 QVA 的直接应用，可在编译时帮助研究者选择有前景的编译策略。