一、研究背景
量子计算应用能力评估需要考虑计算问题、量子算法和量子计算机性能之间的关系。当前量子计算处于含噪声中等规模(NISQ)阶段,真实计算能力边界难以确定,需要一套评测工具与方法,研判真实计算问题算力需求与真实量子计算能力之间的差距。
二、计算场景与需求
各行业面临的计算难题最终可建模为搜索、优化、运算和模拟等四类问题。移动网络和金融行业是典型的高算力需求行业,面临巨大的算法与算力挑战。移动网络在信号处理、网络优化、人工智能和数据处理等方面需要大量算力,金融领域则需要构建复杂的数学模型解决风险评估、衍生品定价等问题。报告列举了移动网络和金融行业的典型计算场景和算力需求案例,并分析了其部署需求。
三、量子计算应用能力体系框架
报告构建了量子计算应用能力评测框架,包括计算需求和应用能力指标两部分。计算需求包括计算场景、问题类型、需求指标和部署需求;应用能力指标涵盖硬件性能、算法性能、增强性能、扩展能力和部署能力等。报告还提出了硬件系统性能指标、量子算法性能指标、量子计算机扩展能力指标、量子计算机部署能力指标和技术成熟度指标等,并给出了量子计算应用能力等级指标,包括教学级应用、科研级应用、小规模试点应用、商业应用等。
四、量子计算应用能力评测方法
报告介绍了量子计算应用能力评测的基本概念、类别、目标和基准,并给出了评测的一般性方法。报告以移动网络中的多用户调度、网络流量预测和无线时空性能预测等场景为例,提供了量子算法级的应用能力评测案例,包括模拟验证、仿真机验证和真机验证等方式。
五、量子计算应用能力评测标准化需求
报告分析了量子计算应用能力评测标准化需求,包括量子计算机综合能力指标不明确、评测方案不一致、缺乏行业应用能力评测工具和应用扩展能力指标不明确等问题。报告展望了应用能力评测标准化工作,建议参与国际和国内相关标准化组织的工作,并围绕硬件性能标准、算法基准、测试案例基准、应用能力等级等方面开展标准化推动工作。
六、总结与展望
量子计算应用能力评测是拉通行业真实计算需求与量子计算机真实计算能力的有效工具。报告定义了量子计算应用能力体系框架和应用能力关键指标,初步分析了评测方法和评测标准化需求。未来需持续关注国内外量子计算评测研究与标准化的最新进展,逐步扩展考虑其他影响应用的因素,如评估相比经典计算机或者算力网络带来的性价比增益,即是否具备经济性。同时,保持与相关标准化组织协同,进一步完善应用能力指标体系,构建评测模型和实用化的应用能力等级体系,为量子计算产业发展提供更加全面实用化的参考方案与工具。