Αποτελεσματική σύνθεση μαζικών κβαντικών κυκλωμάτων - μια επισκόπηση του συστήματος Classiq - μέσα στην κβαντική τεχνολογία

Η πλατφόρμα Classiq προσφέρει απλούς τρόπους για τη σύνθεση ογκωδών κβαντικών κυκλωμάτων για πολύπλοκους αλγόριθμους. Στην πραγματικότητα, μπορείτε γρήγορα και εύκολα να συνθέσετε κυκλώματα τόσο ογκώδη που ο κβαντικός υπολογιστής-στόχος σας θα εμφανίσει σφάλμα. Μπορεί να μην επιστρέφει καν «θόρυβο» από τα κυκλώματα που τρέχουν τόσο βαθιά, αλλά τα σφάλματα δείχνουν ότι αυτά τα κυκλώματα δεν μπορούν να λειτουργήσουν καθόλου.

Το πρόβλημα έχει τρία επίπεδα. Ακόμη και με μικρά κβαντικά κυκλώματα, κάθε λειτουργία εισάγει μια πιθανότητα λάθους. Καθώς τα λάθη συσσωρεύονται, τα αποτελέσματα γίνονται γρήγορα άχρηστα. Καθώς τα κυκλώματα μεγαλώνουν, κινδυνεύετε να φτάσετε στα όρια του χρόνου που μπορούν να διατηρηθούν οι κβαντικές πληροφορίες, πράγμα που σημαίνει ότι ένας αλγόριθμος δεν έχει χρόνο να ολοκληρωθεί. Φανταστείτε να θέλετε να παρακολουθήσετε ένα βίντεο YouTube 20 λεπτών με διάρκεια μπαταρίας μόνο 5 λεπτών. δεν μπορείς να το κάνεις. Δεν μπορείτε να συνδέσετε τον κβαντικό υπολογιστή, ούτε μπορείτε να επαναφορτίσετε και να συνεχίσετε. απλά δεν μπορείτε να εκτελέσετε ολόκληρο τον αλγόριθμο εγκαίρως. Και καθώς τα κυκλώματα γίνονται εντελώς ογκώδη, υπάρχει συχνά ένα προαναφερθέν μήνυμα σφάλματος που υποδεικνύει ότι το σύστημα ελέγχου δεν θα επιχειρήσει καν να εκτελέσει τον αλγόριθμο.

Η ομάδα του Classiq φαίνεται τώρα να προτείνει ότι η πλατφόρμα όχι μόνο συνθέτει τεράστια κυκλώματα, αλλά ότι το κάνει πιο αποτελεσματικά από το Qiskit, το πιο δημοφιλές πλαίσιο κβαντικών υπολογιστών. Αυτός ο ισχυρισμός είναι σημαντικός για τέσσερις λόγους: 1) τα πιο ρηχά κυκλώματα εκτελούνται πιο γρήγορα από τα βαθύτερα κυκλώματα, 2) οι ταχύτεροι χρόνοι εκτέλεσης μπορούν να εξοικονομήσουν σημαντικά κόστος όταν η χρέωση βασίζεται στο χρόνο εκτέλεσης, 3) λιγότερες λειτουργίες σημαίνουν λιγότερα σφάλματα που απαιτούν διόρθωση και 4) ως κβαντικοί υπολογιστές ώριμο και μπορεί να τρέξει μεγαλύτερους αλγόριθμους, τα μικρότερα κυκλώματα θα γίνουν πρώτα χρήσιμα.

Υπάρχει ένα Κλάικ σημειωματάριο που συγκρίνει την πλατφόρμα Classiq με το Qiskit χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο HHL. Αν θέλουμε να δούμε διαφορές στην απόδοση, ο αλγόριθμος HHL είναι αρκετά τεράστιος για να τονίσει αυτές τις διαφορές.

Ο αλγόριθμος HHL

Ο αλγόριθμος Harrow–Hassidim–Lloyd, ή αλγόριθμος HHL, υπόσχεται να λύσει συστήματα γραμμικών εξισώσεων με εκθετική επιτάχυνση σε σχέση με τους πιο γνωστούς κλασικούς αλγόριθμους. Αυτές οι εξισώσεις έχουν ευρεία εφαρμογή στην επιστήμη και τη μηχανική.

Το πρόβλημα είναι ότι τα κυκλώματα HHL, ακόμη και με τα μικρότερα προβλήματα παιχνιδιού, είναι απίστευτα βαθιά. Εάν θέλετε να δείξετε κυκλώματα που επιστρέφουν σφάλματα αντί για αποτελέσματα σε τρέχοντες κβαντικούς υπολογιστές, αυτός είναι ο αλγόριθμος για να το επιχειρήσετε. 

Το σημειωματάριο Classiq

Εξετάζουμε τις τρεις βασικές μετρήσεις: πιστότητα, βάθος κυκλώματος και πλήθος CX. Πιστότητα είναι το πόσο κοντά είναι το αποτέλεσμα σε μια ακριβή λύση. Λόγω του μεγέθους των κυκλωμάτων, τα πάντα πρέπει να υπολογίζονται κλασικά. Το βάθος κυκλώματος υποδεικνύει πόσα χρονικά βήματα απαιτούνται για την υλοποίηση όλων των λειτουργιών, ωθώντας ή υπερβαίνοντας τα όρια των σημερινών κβαντικών υπολογιστών. Οι μετρήσεις CX υποδεικνύουν τον αριθμό των λειτουργιών πολλαπλών qubit, καθώς αυτές είναι εξαιρετικά επιρρεπείς σε σφάλματα.

Το κύκλωμα Classiq δείχνει καλύτερη πιστότητα με πολύ μικρότερο βάθος κυκλώματος και πολύ λιγότερες λειτουργίες CX. Αν και είναι ακόμα πολύ τεράστιο για να τρέξει, είναι πολύ πιο κοντά στο να είναι χρήσιμο από το σιρκουί του Qiskit. Είναι σημαντικό ότι η κλασικά υπολογισμένη πιστότητα υπογραμμίζει ότι το κύκλωμα του Classiq δεν είναι απλώς μικρότερο, αλλά ότι, στην πραγματικότητα, εξακολουθεί να έχει σχεδιαστεί για να λύνει το επιλεγμένο πρόβλημα σε αυτό το μειωμένο μέγεθος. 

Φυσικός Σκεπτικισμός

Το πρόβλημα με την εμπιστοσύνη του σημειωματάριου του Classiq, είναι ότι η ομάδα του Classiq όχι μόνο παρέχει τη δική της λύση, αλλά παρέχει και τη λύση του Qiskit. Προφανώς θέλουν η πλατφόρμα Classiq να φαίνεται καλή, επομένως είναι σημαντικό να επαληθεύσουμε τον ισχυρισμό τους έναντι μιας εφαρμογής του HHL που χρησιμοποιεί το Qiskit, αλλά που δεν αναπτύχθηκε από την ομάδα του Classiq. 

Τετράδιο του Qiskit

Το πιο εύκολο να βρεθεί η εφαρμογή είναι Εκμάθηση HHL του Qiskit, το οποίο επιτρέπει την επίλυση του προβλήματος του Classiq χρησιμοποιώντας τον κωδικό της ομάδας Qiskit. Αυτό το σημειωματάριο περιλαμβάνει δύο προσεγγίσεις, μία που δημιουργεί μεγαλύτερα κυκλώματα αλλά είναι πιο ακριβή και μία που δημιουργεί μικρότερα κυκλώματα θυσιάζοντας την ακρίβεια. 

Όχι μόνο το κύκλωμα Classiq είναι σημαντικά μικρότερο από τα τρία κυκλώματα Qiskit, αλλά απαιτεί επίσης ένα λιγότερο qubit από τα κυκλώματα Naive και Tridi του Qiskit. 

Λόγω της υψηλής πιστότητάς τους, η υλοποίηση Qiskit του Classiq είναι καλύτερη σε σύγκριση με την υλοποίηση Qiskit Naive από την υλοποίηση Qiskit Tridi. Παρόλο που ο αριθμός CX είναι 25% υψηλότερος, το βάθος κυκλώματος είναι 70% χαμηλότερο χρησιμοποιώντας ένα λιγότερο qubit. Εάν είχαμε σήμερα κβαντικούς υπολογιστές με διορθωμένα σφάλματα, αυτό σημαίνει ότι η υλοποίηση Qiskit του Classiq θα λειτουργούσε πιο γρήγορα και θα είχε χαμηλότερο κόστος πρόσβασης υλικού από την υλοποίηση υψηλής πιστότητας του Qiskit.

Συμπέρασμα: Το Classiq αντέχει

Τουλάχιστον για τη συγκεκριμένη περίπτωση, ο ισχυρισμός του Classiq ισχύει. Όχι μόνο είναι εύκολο να εφαρμοστεί το HHL, αλλά και η διαφορά στο μέγεθος του κυκλώματος είναι σημαντική. Το κύκλωμα του Classiq όχι μόνο θα λειτουργεί πιο γρήγορα από τρεις εναλλακτικές λύσεις Qiskit, αλλά θα κοστίζει λιγότερο μέσω της IBM Quantum. Και καθώς το υλικό κβαντικών υπολογιστών βελτιώνεται, η υλοποίηση του Classiq θα είναι η πρώτη από τις τέσσερις που θα γίνει χρήσιμη.

Brian N. Siegelwax είναι ανεξάρτητος σχεδιαστής Quantum Algorithm και ανεξάρτητος συγγραφέας για Μέσα στην Κβαντική Τεχνολογία. Είναι γνωστός για τη συνεισφορά του στον τομέα των κβαντικών υπολογιστών, ιδιαίτερα στον σχεδιασμό κβαντικών αλγορίθμων. Έχει αξιολογήσει πολλά πλαίσια κβαντικών υπολογιστών, πλατφόρμες και βοηθητικά προγράμματα και έχει μοιραστεί τις ιδέες και τα ευρήματά του μέσω των γραπτών του. Ο Siegelwax είναι επίσης συγγραφέας και έχει γράψει βιβλία όπως «Dungeons & Qubits» και «Choose Your Own Quantum Adventure». Γράφει τακτικά στο Medium για διάφορα θέματα που σχετίζονται με τον κβαντικό υπολογισμό. Το έργο του περιλαμβάνει πρακτικές εφαρμογές του κβαντικού υπολογισμού, ανασκοπήσεις προϊόντων κβαντικών υπολογιστών και συζητήσεις για τις έννοιες του κβαντικού υπολογισμού.

Κατηγορίες:
φωτονική, κβαντική υπολογιστική

Ετικέτες:
Μπράιαν Σίγκελγουοξ, Κλάικ, Qiskit, qubits

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/efficient-synthesis-of-massive-quantum-circuits-an-overview-of-the-classiq-system/