Quantum Simulator Leap-Looking at MIMIQ-Circ by QPerfect - Inside Quantum Technology

Quantum Simulator Leap-Looking at MIMIQ-Circ by QPerfect – Inside Quantum Technology

Tidsstempel: 22. marts 2024 kl. 7:30
Brian Siegelwax tester QPerfects MIMIQ-Circ for at se, om det holder os til en standard kvantesimulering.

By Brian Siegelwax offentliggjort 22. marts 2024

For nogle få år siden var kvantecomputersimulatorer ret begrænsede. På en bærbar computer kunne du måske simulere omkring 10 qubits. Via skyen kunne du måske simulere omkring 20. Afhængigt af hvad du kørte, kunne algoritmer med disse lave qubit-tal allerede tage timer at behandle. Faktisk opdagede jeg en skysimulators 10,000-sekunders runtime-grænse, mens jeg kun brugte omkring 20 qubits. Jeg ventede 2.75 timer bare for at få en fejlmeddelelse til sidst.

I årene siden er kvantecomputere blevet meget forbedret, men det har deres simulatorer også gjort. Jeg har ikke testet dem alle, men det er almindeligt at finde påstande om 30-40 qubit simuleringsmuligheder. Vi har også set fremkomsten af ​​emulatorer, som er simulatorer, der har støjmodeller, der efterligner specifikke typer kvantecomputere, eller endda specifikke kvantecomputere.

På det seneste har vi set vækst i brugen af ​​tensor-netværk. Disse klassiske løsere kan hævde at simulere mere end 100 qubits. Nu kommer her QPerfekt, som hævder deres MIMIQ-Circ familie af simulatorer kan håndtere mange hundrede qubits, måske op til et par tusinde qubits. Jeg fik kortvarigt adgang, og jeg brugte denne tid til at teste deres påstande.

MIMIQ-Circ, fra QPerfect

Udfordringen ved klassisk simulering af kvantecomputere er, at hver entangled qubit, vi tilføjer, fordobler mængden af ​​hukommelse, vi har brug for til at repræsentere kvantesystemet. En måde at reducere det samlede hukommelseskrav på er ikke at beskrive systemet fuldstændigt. Hukommelseskravet vokser stadig eksponentielt, men mindre tal bliver fordoblet. En anden måde at simulere flere qubits på er at begrænse de operationer, der kan implementeres, som det er tilfældet med en Clifford-simulator, som kan simulere flere tusinde qubits. 

MIMIQ-Circ følger den første tilgang ved at bruge et delvist tilstandsrum med et komplet sæt operationer. Qubit-antallet er ikke så højt som en Clifford-simulator, men alligevel er det meget højere end andre simulatorer. 

MIMIQ-Circ er faktisk en lille familie af simulatorer: en statevector simulator og en MPS simulator.

Statsvektorsimulering

I løbet af den nuværende prøveperiode begrænser QPerfect sin statevector simulator til kun 32 qubits og en skudgrænse på 216. Det returnerer faktisk ikke tilstandsvektoren, som repræsenterer tilstanden af ​​qubits før måling, men det er i pipelinen, og der er en måde at få det i mellemtiden. Indtil videre returnerer den en prøveudtagning som tæller, som om du bruger en QASM-simulator. 

Det interessante er, at jeg sammenlignede lokale installationer af simulatorer med en cloud-hostet MIMIQ-Circ-simulator. Dette stillede MIMIQ-Circ i en klar ulempe, fordi dataene skulle foretage en rundtur gennem internettet. 

Jeg testede simulatorerne mod QPE- og HHL-kredsløb, som er nogle af de dybeste kvantekredsløb, du finder. I de mindste skalaer var de lokale implementeringer hurtigere. Men da jeg øgede qubit-antallet, blev MIMIQ-Circ hurtigere selv med internetproblemet. 

For at vise dig, hvor hurtigt det sker med QPE, brugte jeg molekylært brint, som er det mindst mulige molekyle, vi kan bruge. For at lave en præcis beregning har vi brug for ni samlede qubits. Og med ni samlede qubits var MIMIQ-Circ over skyen allerede hurtigere end de lokale simulatorer. Med HHL bandt MIMIQ-Circ en lokal simulator på 15 qubits og overgik den med 16 qubits.

MIMIQ-Circ er effektiv nok til, at den selv med netværksforsinkelse overhaler lokale simulatorer. Det er vigtigt, at resultaterne af MIMIQ-Cirq kvalitativt matcher de lokale simulatorer, hvilket bygger tillid til, at det faktisk virker.

MPS-simulering

Dette er tensor netværkssimulatoren, der angiveligt kan simulere hundredvis af qubits. Men det kan man ikke andre steder, så jeg har ikke så store kvantekredsløb bare liggende. Heldigvis er det nemt at bygge et massivt kredsløb ved hjælp af en subrutine kaldet SWAP-testen. Så jeg byggede et stort kredsløb, kørte det, skalerede det op og kørte det igen, indtil MIMIQ-Circ endelig gik i stykker.

MIMIQ-Circ behandlede et 1401-qubit-kredsløb på knap 6 minutter. 

Et sted mellem 1401 og 1421 qubits med et sted mellem 700 og 710 kontrollerede SWAP-gates, begynder MIMIQ-Circ endelig at returnere runtime-fejl. Det er næsten 1400 qubits mere end din gennemsnitlige kvantecomputersimulator kan klare.

Det er vigtigt, at i små skalaer matcher resultaterne af MIMIQ-Circ kvalitativt de lokale simulatorer. Desværre opskalerer andre simulatorer ikke ret langt. SWAP-testen er dog let at verificere, og MIMIQ-Circ ser ud til at holde sig meget bedre i store skalaer end andre simulatorer gør i små skalaer.

Lokal simulering vs netværksforsinkelse

For at løse netværksforsinkelsesproblemet, som er der, hvor du skal sende data tur-retur over internettet, sagde QPerfect, at de arbejder på batchjobs, understøttelse af variationsalgoritmer og en lokal 20-qubit-statsvektorsimulator. Ud fra hvad jeg har set, burde en lokal simulator komfortabelt udkonkurrere andre lokale alternativer. Som en bonus behøver du ikke sende dine data over internettet, hvilket ikke alle vil gøre alligevel. 

Konklusion

MIMIQ-Circ burde være i stand til at simulere ethvert kvantekredsløb, som vi muligvis kan køre på alle kvantecomputere, der eksisterer i dag, inklusive de to 1000+ processorer, der ikke er offentligt tilgængelige. Faktisk har MIMIQ-Circ to store fordele i forhold til disse processorer:

  1. Der er ingen støj. I mangel af kvantefejlkorrektion, som vi ikke har i produktion, burde MIMIQ-Circ være kvalitativt bedre end de 1000+ processorer.
  2. MIMIQ-Circ har alt-til-alle qubit-forbindelse. Selvom en af ​​de 1000+ processorer har potentialet for alt-til-alle-forbindelse, er det ikke blevet bekræftet, og den anden gør det bestemt ikke.

Selvom jeg fokuserede på stresstestning af MIMIQ-Circ, er det vigtigt at gentage, at dets resultater matchede kvalitativt med resultaterne fra de lokale simulatorer. På de mindste skalaer, hvor andre simulatorer kan fungere, er det nemt at bekræfte, at MIMIQ-Circ virker. Og i stor skala er resultaterne af SWAP-testen lovende. MIMIQ-Circ ser ud til at være hurtig, præcis og i en liga for sig.

Brian N. Siegelwax er en uafhængig Quantum Algoritme Designer og freelance skribent for Inde i Quantum Technology. Han er kendt for sine bidrag til kvanteberegningsområdet, især inden for design af kvantealgoritmer. Han har evalueret adskillige kvanteberegningsrammer, platforme og hjælpeprogrammer og har delt sin indsigt og resultater gennem sine skrifter. Siegelwax er også forfatter og har skrevet bøger som "Dungeons & Qubits" og "Choose Your Own Quantum Adventure". Han skriver jævnligt på Medium om forskellige emner relateret til quantum computing. Hans arbejde omfatter praktiske anvendelser af kvantedatabehandling, anmeldelser af kvantedatabehandlingsprodukter og diskussioner om kvantedatabehandlingskoncepter.

Kategorier:
quantum computing, forskning, software

tags:
Brian Siegelwax, MIMIQ-Circ, QPerfekt

Tidsstempel:

Mere fra Inde i Quantum Technology