Κάνοντας τον Quantum Computing φθηνότερο και πιο ακριβό-Επισκόπηση του Fire Opal του Q-CTRL: By Brian Siegelwax

Αναδημοσίευση από τον Πλάτωνα

Ακολουθούν: 0

Ένα γραφικό της πλατφόρμας Fire Opal του Q-CTRL και ο ισχυρισμός του ότι κάνει τον κβαντικό υπολογισμό φθηνότερο στη χρήση.

By Συντάκτης δημοσιεύτηκε 21 Φεβρουαρίου 2024

Αυτό το άρθρο ξεκίνησε με σκοπό να δείξει τον τρόπο χρήσης του Q-CTRL Φωτιά Opal εφαρμογή μπορεί να σας εξοικονομήσει χρήματα από την πρόσβαση στο υλικό του κβαντικού υπολογιστή. Και θα αρχίσει να το κάνει. Αλλά καθώς ο πειραματισμός είναι επιρρεπής να κάνει, μια απροσδόκητη ανατροπή ανακαλύφθηκε στην πορεία.

Ένα γραφικό του πώς λειτουργεί το Fire Opal του Q-CTRL για την εύρεση καινοτόμων λύσεων. (PC Q-CTRL)

Πρώτον: Εξοικονόμηση σημαντικών χρημάτων

Το Q-CTRL δημοσίευσε ένα άρθρο με τίτλο "Η μείωση του κβαντικού κόστους υπολογισμού 2,500X με το Fire OpalΣτην οποία ισχυρίζονται ότι «οι εκτιμήσεις πήγαν από τα προβλεπόμενα 89,205 $ για μια μόνο εκτέλεση αλγορίθμου QAOA σε μόνο 32 $» χρησιμοποιώντας τον λύτη QAOA του Fire Opal.

Χωρίς να γίνει τεχνικό, το QAOA χρησιμοποιεί ένα παραμετροποιημένο κβαντικό κύκλωμα. Μαντεύουμε τις παραμέτρους και μετά τρέχουμε το κύκλωμα. Με βάση τα αποτελέσματα, προσαρμόζουμε επαναληπτικά τις παραμέτρους και εκτελούμε ξανά το κύκλωμα μέχρι να φτάσουμε σε μια αποδεκτή προσέγγιση λύσης.

Αυτό που μας απασχολεί εδώ είναι το κόστος λειτουργίας αυτού του κυκλώματος. Κάθε φορά που τρέχουμε αυτό το κύκλωμα, έχουμε αυτό το κόστος. Κατά συνέπεια, στόχος μας είναι να τρέξουμε αυτόν τον αλγόριθμο με τις λιγότερες δυνατές επαναλήψεις. Κάνοντας αυτό είναι και πιο γρήγορο και φθηνότερο.

Προσωπικά έχω κάνει συγκριτική αξιολόγηση του λύτη QAOA του Fire Opal έναντι δύο άλλων λύσεων QAOA και δεν υπάρχει αμφιβολία ότι το Fire Opal μείωσε αυτόν τον αριθμό επαναλήψεων. Το Fire Opal βελτιώνει δραματικά την ποιότητα των αποτελεσμάτων κάθε επανάληψης, έτσι ώστε να φτάσετε πραγματικά σε μια κατά προσέγγιση λύση. Για να είμαι ειλικρινής, παράτησα τους άλλους δύο λύτες. Έτσι, αν και προσωπικά δεν πρόκειται να ξοδέψω 90,000 $ μόνο για να επαληθεύσω τον ισχυρισμό 2500X του Q-CTRL, μπορώ να επαληθεύσω ότι το Fire Opal σταματά να εκτελεί κυκλώματα όταν φτάσει σε μια κατά προσέγγιση λύση, ενώ δεν μπορώ να επαληθεύσω ότι οι άλλοι λύτες έχουν εκεί καθόλου. Η επιλεγμένη εικόνα στην κορυφή αυτού του άρθρου προήλθε από το Q-CTRL και δείχνει μια εξοικονόμηση 5700X, αλλά δεν έχει συσχετισμένο άρθρο για σύνδεση.

Δεύτερον: Ξοδεύοντας άπειρα περισσότερα χρήματα

Αυτό που πραγματικά θα έπρεπε να μας ενδιαφέρει, ωστόσο, είναι αλγόριθμοι που προορίζονται για κβαντικούς υπολογιστές με ανοχή σε σφάλματα (FTQC). Αυτοί οι αλγόριθμοι χρειάζονται τόσο πολύ χρόνο για να εκτελεστούν που οι σημερινοί κβαντικοί υπολογιστές επιστρέφουν καθαρό θόρυβο. Ενώ συνήθως εστιάζουμε στην ποιότητα των αποτελεσμάτων ή στην έλλειψή τους, μπορεί επίσης να χρειαστεί να εξετάσουμε το χρόνο εκτέλεσης. Ένα μοντέλο τιμής μπορεί να βασίζεται στο πόσες φορές θα τρέξουμε κάθε κύκλωμα, αλλά μπορεί επίσης να βασίζεται και στο πόσο καιρό τρέχει. Εάν το Fire Opal μπορεί να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα της εκτέλεσης του κυκλώματος, αυτό μπορεί να μεταφραστεί σε χαμηλότερο κόστος που σχετίζεται με το χρόνο εκτέλεσης.

Χρησιμοποιώ την πλατφόρμα Classiq Python SDK να συνθέσει τεράστια κυκλώματα, όπως αυτά που απαιτούνται για την εκτίμηση κβαντικής φάσης (QPE). Αν θέλουμε να δούμε πόσο φθηνότερο είναι το Fire Opal, θα χρειαστεί να τρέξουμε τα μεγαλύτερα δυνατά κυκλώματα, ώστε να μπορούμε να δούμε μια σαφή εξάπλωση.

Ξεκίνησα με μοριακό υδρογόνο (Η2) με ένα qubit μέτρησης. Εάν δεν είστε εξοικειωμένοι, το QPE υπολογίζει την ενέργεια θεμελιώδους κατάστασης των μορίων χρησιμοποιώντας έναν καταχωρητή (qubits δεδομένων) για να αναπαραστήσει το μόριο και έναν καταχωρητή (μετρώντας qubits) για να καθορίσει την ακρίβεια της λύσης. Στην ιδανική περίπτωση, θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε οκτώ qubits μέτρησης για το H2, αλλά το έχω ήδη δοκιμάσει και το τρέχον υλικό δεν μπορεί να το χειριστεί. Το H2 απαιτεί μόνο ένα qubit δεδομένων, επομένως αυτό το πρώτο κύκλωμα χρησιμοποίησε μόνο δύο qubits συνολικά.

Τόσο το Qiskit όσο και το Fire Opal χρησιμοποίησαν επτά δευτερόλεπτα IBM Κβαντικός χρόνος εκτέλεσης. Ωστόσο, το Fire Opal εφάρμοσε αυτόματα τον μετριασμό σφαλμάτων, ο οποίος κατανάλωσε επιπλέον 21 δευτερόλεπτα χρόνου εκτέλεσης. Για να είμαι δίκαιος, εφάρμοσα το αντίστοιχο του Qiskit, που ονομάζεται M3, και το M3 χρησιμοποίησε μόνο 11 επιπλέον δευτερόλεπτα χρόνου εκτέλεσης. Για το H2 με ένα qubit μέτρησης, το Qiskit κέρδισε πραγματικά τη σύγκριση χρόνου εκτέλεσης.

Αλλά μετά δοκίμασα το H2 με δύο qubits μέτρησης. ο Qiskit η εργασία απέτυχε, ενώ η εργασία Fire Opal ολοκληρώθηκε με αρκετή ακρίβεια που μπορείτε να υπολογίσετε κατά προσέγγιση τη λύση. Η ακρίβεια απέχει πολύ από το σημείο που πρέπει, αλλά είναι τουλάχιστον στο σωστό γήπεδο.

Και εκεί βρίσκεται η απροσδόκητη ανατροπή. Το κόστος της αποτυχημένης εργασίας Qiskit είναι 0.00 $. Επειδή η εργασία Fire Opal ολοκληρώθηκε, κατά ειρωνικό τρόπο, είναι απείρως πιο ακριβή όταν χρησιμοποιείτε ένα πρόγραμμα Premium της IBM Quantum.

Επιπλέον, το Fire Opal μπορεί να περάσει το H2 με δύο qubits μέτρησης. Προσωπικά το έχω ωθήσει στο H2 με 6 qubits μέτρησης καθώς και στο μοριακό οξυγόνο (O2) – το οποίο απαιτεί 11 qubit δεδομένων – με 2 qubits μέτρησης. Το O2 με 2 qubit μέτρησης κατανάλωσε 4 λεπτά και 28 δευτερόλεπτα χρόνου εκτέλεσης IBM Quantum, και το αποτέλεσμα εξακολουθεί να σας κρατά στο σωστό χώρο στάθμευσης. Η περαιτέρω προώθηση επιστρέφει μηνύματα σφάλματος από το IBM Quantum.

Επομένως, το μεγαλύτερο κύκλωμα QPE που μπορεί να τρέξει σε τρέχον υλικό, καταναλώνοντας 268 δευτερόλεπτα χρόνου εκτέλεσης με 1.60 $ ανά δευτερόλεπτο, κοστίζει 428.80 $ χρησιμοποιώντας Fire Opal με premium πρόσβαση στο υλικό IBM Quantum ή 0.00 $ χωρίς Fire Opal επειδή η εργασία θα αποτύχει.

Συμπέρασμα: Το Fire Opal δεν είναι απαραίτητα φθηνότερο

Λένε ότι το «κβαντικό» δεν είναι διαισθητικό και δεν απογοητεύει ποτέ. Αντί να είναι λιγότερο ακριβό εκτελώντας λιγότερες επαναλήψεις ή μειώνοντας το χρόνο εκτέλεσης, το Fire Opal καταλήγει να είναι πιο ακριβό επειδή μπορείτε να το προωθήσετε περαιτέρω. Μπορείτε να εκτελέσετε έναν αλγόριθμο που διαφορετικά μπορεί να κοστίσει 90,000 $ επειδή δεν πρόκειται να κοστίσει πουθενά. Και μπορείτε να εκτελέσετε κυκλώματα που διαφορετικά θα απέτυχαν και δεν θα κοστίζουν τίποτα. Επομένως, το Fire Opal είναι πιο ακριβό λόγω της πραγματικής λειτουργίας του.

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: Καλεσμένο άρθρο, φωτονική, κβαντική υπολογιστική

Ετικέτες: Μπράιαν Σίγκελγουοξ, Φωτιά Opal, Q-CTRL