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

Πριν από λίγα χρόνια, οι προσομοιωτές κβαντικών υπολογιστών ήταν αρκετά περιορισμένοι. Σε ένα φορητό υπολογιστή, ίσως θα μπορούσατε να προσομοιώσετε περίπου 10 qubits. Μέσω του cloud, ίσως θα μπορούσατε να προσομοιώσετε περίπου 20. Ανάλογα με το τι εκτελούσατε, οι αλγόριθμοι με αυτούς τους χαμηλούς αριθμούς qubit θα μπορούσαν ήδη να χρειαστούν ώρες για να επεξεργαστούν. Στην πραγματικότητα, ανακάλυψα το όριο χρόνου εκτέλεσης των 10,000 δευτερολέπτων ενός προσομοιωτή cloud ενώ χρησιμοποιούσα μόνο περίπου 20 qubits. Περίμενα 2.75 ώρες μόνο για να λάβω ένα μήνυμα σφάλματος στο τέλος.

Στα χρόνια που πέρασαν, οι κβαντικοί υπολογιστές έχουν βελτιωθεί πολύ, αλλά και οι προσομοιωτές τους. Δεν τα έχω δοκιμάσει όλα, αλλά είναι σύνηθες να βρίσκουμε ισχυρισμούς για δυνατότητες προσομοίωσης 30-40 qubit. Έχουμε δει επίσης την άνοδο των εξομοιωτών, οι οποίοι είναι προσομοιωτές που διαθέτουν μοντέλα θορύβου που μιμούνται συγκεκριμένους τύπους κβαντικών υπολογιστών ή ακόμη και συγκεκριμένους κβαντικούς υπολογιστές.

Πιο πρόσφατα, έχουμε δει ανάπτυξη στη χρήση δικτύων τανυστών. Αυτοί οι κλασικοί λύτες μπορούν να ισχυριστούν ότι προσομοιώνουν περισσότερα από 100 qubits. Τώρα, έρχεται QPerfect, η οποία διεκδικεί τους MIMIQ-Κυρ οικογένεια των προσομοιωτών μπορεί να χειριστεί πολλές εκατοντάδες qubits, ίσως μέχρι μερικές χιλιάδες qubits. Μου παραχωρήθηκε για λίγο πρόσβαση και χρησιμοποίησα αυτόν τον χρόνο για να δοκιμάσω τους ισχυρισμούς τους.

MIMIQ-Circ, από την QPerfect

Η πρόκληση της κλασικής προσομοίωσης κβαντικών υπολογιστών είναι ότι κάθε μπερδεμένο qubit που προσθέτουμε διπλασιάζει την ποσότητα μνήμης που χρειαζόμαστε για να αναπαραστήσουμε το κβαντικό σύστημα. Ένας τρόπος για να μειώσετε τη συνολική απαίτηση μνήμης είναι να μην περιγράψετε πλήρως το σύστημα. Η απαίτηση μνήμης εξακολουθεί να αυξάνεται εκθετικά, αλλά μικρότεροι αριθμοί διπλασιάζονται. Ένας άλλος τρόπος για να προσομοιώσετε περισσότερα qubits είναι να περιορίσετε τις λειτουργίες που μπορούν να υλοποιηθούν, όπως συμβαίνει με έναν προσομοιωτή Clifford, ο οποίος μπορεί να προσομοιώσει αρκετές χιλιάδες qubits. 

Το MIMIQ-Circ ακολουθεί την πρώτη προσέγγιση, χρησιμοποιώντας ένα χώρο μερικής κατάστασης με ένα πλήρες σύνολο λειτουργιών. Ο αριθμός qubit δεν είναι τόσο υψηλός όσο ένας προσομοιωτής Clifford, ωστόσο είναι πολύ υψηλότερος από άλλους προσομοιωτές. 

Το MIMIQ-Circ είναι στην πραγματικότητα μια μικρή οικογένεια προσομοιωτών: ένας προσομοιωτής διανυσμάτων κατάστασης και ένας προσομοιωτής MPS.

Προσομοίωση Statedector

Κατά τη διάρκεια της τρέχουσας δοκιμαστικής περιόδου, το QPerfect περιορίζει τον προσομοιωτή διανυσμάτων κατάστασης σε μόνο 32 qubits και όριο λήψης 216. Στην πραγματικότητα δεν επιστρέφει το διάνυσμα κατάστασης, το οποίο αντιπροσωπεύει την κατάσταση των qubits πριν από τη μέτρηση, αλλά αυτό είναι στη διαδικασία και υπάρχει τρόπος να το λάβουμε στο μεταξύ. Προς το παρόν, επιστρέφει μια δειγματοληψία ως μετρήσεις, σαν να χρησιμοποιείτε έναν προσομοιωτή QASM. 

Αυτό που είναι ενδιαφέρον είναι ότι συνέκρινα τις τοπικές εγκαταστάσεις προσομοιωτών με έναν προσομοιωτή MIMIQ-Circ που φιλοξενείται στο cloud. Αυτό έθεσε το MIMIQ-Circ σε ευδιάκριτο μειονέκτημα επειδή τα δεδομένα έπρεπε να κάνουν μια διαδρομή μετ' επιστροφής μέσω του Διαδικτύου. 

Δοκίμασα τους προσομοιωτές με κυκλώματα QPE και HHL, τα οποία είναι μερικά από τα βαθύτερα κβαντικά κυκλώματα που θα βρείτε. Στη μικρότερη κλίμακα, οι τοπικές υλοποιήσεις ήταν πιο γρήγορες. Αλλά καθώς αύξησα τις μετρήσεις qubit, το MIMIQ-Circ έγινε πιο γρήγορο ακόμα και με το ζήτημα του Διαδικτύου. 

Για να σας δείξω πόσο γρήγορα συμβαίνει αυτό με το QPE, χρησιμοποίησα μοριακό υδρογόνο, το οποίο είναι το μικρότερο δυνατό μόριο που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε. Για να κάνουμε έναν ακριβή υπολογισμό, χρειαζόμαστε συνολικά εννέα qubits. Και με εννέα συνολικά qubits, το MIMIQ-Circ πάνω από το σύννεφο ήταν ήδη ταχύτερο από τους τοπικούς προσομοιωτές. Με το HHL, το MIMIQ-Circ έδεσε έναν τοπικό προσομοιωτή στα 15 qubits και τον ξεπέρασε στα 16 qubits.

Το MIMIQ-Circ είναι αρκετά αποδοτικό ώστε ακόμη και με καθυστέρηση δικτύου ξεπερνά τους τοπικούς προσομοιωτές. Είναι σημαντικό ότι τα αποτελέσματα του MIMIQ-Cirq ταιριάζουν ποιοτικά με τους τοπικούς προσομοιωτές, χτίζοντας την εμπιστοσύνη ότι λειτουργεί πραγματικά.

Προσομοίωση MPS

Αυτός είναι ο προσομοιωτής δικτύου τανυστών που υποτίθεται ότι μπορεί να προσομοιώσει εκατοντάδες qubits. Αλλά δεν μπορείτε να το κάνετε αυτό πουθενά αλλού, επομένως δεν έχω τόσο μεγάλα κβαντικά κυκλώματα που απλώς βρίσκονται γύρω. Ευτυχώς, είναι εύκολο να δημιουργήσετε ένα τεράστιο κύκλωμα χρησιμοποιώντας μια υπορουτίνα που ονομάζεται SWAP Test. Έτσι, έφτιαξα ένα μεγάλο κύκλωμα, το έτρεξα, το κλιμάκωσα και το έτρεξα ξανά μέχρι που τελικά έσπασε το MIMIQ-Circ.

Η MIMIQ-Circ επεξεργάστηκε ένα κύκλωμα 1401 qubit σε λιγότερο από 6 λεπτά. 

Κάπου μεταξύ 1401 και 1421 qubits με κάπου μεταξύ 700 και 710 ελεγχόμενες πύλες SWAP, το MIMIQ-Circ αρχίζει τελικά να επιστρέφει σφάλματα χρόνου εκτέλεσης. Αυτό είναι σχεδόν 1400 qubits περισσότερα από ό,τι μπορεί να αντέξει ο μέσος προσομοιωτής κβαντικού υπολογιστή σας.

Είναι σημαντικό, σε μικρές κλίμακες, τα αποτελέσματα του MIMIQ-Circ ταιριάζουν ποιοτικά με τους τοπικούς προσομοιωτές. Δυστυχώς, άλλοι προσομοιωτές δεν επεκτείνονται πολύ. Ωστόσο, το SWAP Test είναι εύκολο να επαληθευτεί και το MIMIQ-Circ φαίνεται να αντέχει πολύ καλύτερα σε μεγάλες κλίμακες από ό,τι άλλοι προσομοιωτές σε μικρή κλίμακα.

Τοπική προσομοίωση έναντι καθυστέρησης δικτύου

Για να λύσει το πρόβλημα του λανθάνοντος χρόνου δικτύου, όπου πρέπει να στείλετε δεδομένα μετ' επιστροφής στο Διαδίκτυο, η QPerfect είπε ότι εργάζονται σε εργασίες δέσμης, υποστήριξη αλγορίθμων παραλλαγών και έναν τοπικό προσομοιωτή διανυσμάτων κατάστασης 20 qubit. Από ό,τι έχω δει, ένας τοπικός προσομοιωτής θα έπρεπε να ξεπερνά άνετα τις άλλες τοπικές εναλλακτικές. Ως μπόνους, δεν θα χρειαστεί να στείλετε τα δεδομένα σας μέσω του Διαδικτύου, κάτι που δεν θέλουν όλοι να κάνουν, ούτως ή άλλως. 

Συμπέρασμα

Το MIMIQ-Circ θα πρέπει να είναι σε θέση να προσομοιώνει κάθε κβαντικό κύκλωμα που μπορούμε ενδεχομένως να τρέξουμε σε κάθε κβαντικό υπολογιστή που υπάρχει σήμερα, συμπεριλαμβανομένων των δύο επεξεργαστών 1000+ που δεν είναι διαθέσιμοι στο κοινό. Στην πραγματικότητα, ο MIMIQ-Circ έχει δύο σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με αυτούς τους επεξεργαστές:

1. Δεν υπάρχει θόρυβος. Ελλείψει διόρθωσης κβαντικών σφαλμάτων, που δεν έχουμε στην παραγωγή, ο MIMIQ-Circ θα έπρεπε να είναι ποιοτικά καλύτερος από τους επεξεργαστές 1000+.
2. Το MIMIQ-Circ διαθέτει σύνδεση qubit all-to-all. Αν και ένας από τους 1000+ επεξεργαστές έχει τη δυνατότητα σύνδεσης all-to-all, αυτό δεν έχει επιβεβαιωθεί και ο άλλος σίγουρα δεν έχει.

Παρόλο που επικεντρώθηκα στο stress testing MIMIQ-Circ, είναι σημαντικό να επαναλάβουμε ότι τα αποτελέσματά του ταιριάζουν ποιοτικά με τα αποτελέσματα των τοπικών προσομοιωτών. Στις μικρότερες κλίμακες όπου μπορούν να λειτουργήσουν άλλοι προσομοιωτές, είναι εύκολο να επιβεβαιωθεί ότι το MIMIQ-Circ λειτουργεί. Και σε μεγάλη κλίμακα, τα αποτελέσματα του SWAP Test είναι πολλά υποσχόμενα. Το MIMIQ-Circ φαίνεται να είναι γρήγορο, ακριβές και σε ένα δικό του πρωτάθλημα.

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:
κβαντική υπολογιστική, έρευνα, λογισμικό

Ετικέτες:
Μπράιαν Σίγκελγουοξ, MIMIQ-Κυρ, QPerfect

• 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/quantum-simulator-leap-looking-at-mimiq-circ-by-qperfect/