随机电路块编码矩阵及量子 LINPACK 基准测试提案

LINPACK 基准测试报告计算机求解稠密随机矩阵线性方程组的性能。尽管该任务设计之初并未直接考虑实际应用，但自 1993 年榜单首次发布以来，LINPACK 基准测试一直被用于定义 TOP500 超级计算机列表。我们提议使用一个类似的基准测试，称为量子 LINPACK 基准测试，以衡量量子计算机的整体机器性能。量子 LINPACK 基准测试的成功应被视为量子计算机执行求解线性代数问题（如线性方程组）这一有用任务的最低要求。我们提出了一种称为随机电路块编码矩阵（RACBEM）的输入模型，它是量子设置下稠密随机矩阵的恰当推广。RACBEM 模型可在量子计算机上高效实现，并且可借助黑盒量子编译器设计为最优适配任意给定量子架构。除求解线性系统外，RACBEM 模型还可用于执行与许多物理应用相关的多种线性代数任务，例如计算谱测度、由哈密顿量模拟生成的时间序列以及能量的热平均。我们在 IBM Q 量子设备以及量子虚拟机上实现了这些线性代数操作，并展示了它们在求解科学计算问题中的性能。