سنتز کارآمد مدارهای کوانتومی عظیم - مروری بر سیستم کلاسیک - درون فناوری کوانتومی

پلتفرم Classiq راه های ساده ای برای سنتز مدارهای کوانتومی عظیم برای الگوریتم های پیچیده ارائه می دهد. در واقع، شما می توانید به سرعت و به راحتی مدارهایی را به قدری عظیم ترکیب کنید که کامپیوتر کوانتومی مورد نظر شما با خطا مواجه شود. حتی ممکن است "نویز" را از مدارهای در حال اجرا به این عمق برنگرداند، اما خطاها نشان می دهد که این مدارها اصلا نمی توانند کار کنند.

مشکل سه لایه است. حتی با مدارهای کوانتومی کوچک، هر عملیات احتمال خطا را ایجاد می کند. با انباشته شدن خطاها، نتایج به سرعت بی فایده می شوند. همانطور که مدارها بزرگتر می شوند، شما در معرض خطر رسیدن به محدودیت های مدت زمان نگهداری اطلاعات کوانتومی هستید، به این معنی که یک الگوریتم زمانی برای تکمیل ندارد. تصور کنید بخواهید یک ویدیوی 20 دقیقه ای یوتیوب را با تنها 5 دقیقه عمر باتری تماشا کنید. شما نمی توانید آن را انجام دهید. شما نمی توانید کامپیوتر کوانتومی را به برق وصل کنید، همچنین نمی توانید شارژ کنید و ادامه دهید. شما به سادگی نمی توانید کل الگوریتم را به موقع اجرا کنید. و از آنجایی که مدارها کاملاً عظیم می شوند، اغلب یک پیام خطای ذکر شده وجود دارد که نشان می دهد سیستم کنترل حتی برای اجرای الگوریتم تلاش نمی کند.

اکنون به نظر می رسد که تیم Classiq پیشنهاد می کند که این پلت فرم نه تنها مدارهای عظیم را ترکیب می کند، بلکه این کار را با کارایی بیشتری نسبت به Qiskit، محبوب ترین چارچوب محاسباتی کوانتومی انجام می دهد. این ادعا به چهار دلیل مهم است: 1) مدارهای کم عمقتر سریعتر از مدارهای عمیق تر اجرا می شوند، 2) زمان اجرای سریعتر می تواند به طور قابل توجهی در هزینه ها صرفه جویی کند، زمانی که صورتحساب بر اساس زمان اجرا باشد، 3) عملیات کمتر به معنای خطاهای کمتری است که نیاز به اصلاح دارند، و 4) به عنوان کامپیوترهای کوانتومی. بالغ شده و می تواند الگوریتم های بزرگتری را اجرا کند، مدارهای کوچکتر ابتدا مفید خواهند بود.

وجود دارد کلاسیک دفتر یادداشت که پلتفرم Classiq را با استفاده از الگوریتم HHL با Qiskit مقایسه می کند. اگر بخواهیم تفاوت‌هایی را در کارایی ببینیم، الگوریتم HHL به اندازه کافی عظیم است که این تفاوت‌ها را برجسته کند.

الگوریتم HHL

الگوریتم هارو-هاسیدیم-لوید، یا الگوریتم HHL، نوید حل سیستم های معادلات خطی را با سرعت نمایی نسبت به شناخته شده ترین الگوریتم های کلاسیک می دهد. این معادلات از کاربرد گسترده ای در علوم و مهندسی برخوردار هستند.

مشکل این است که مدارهای HHL، حتی با کوچکترین مشکلات اسباب بازی، بسیار عمیق هستند. اگر می‌خواهید مدارهایی را نشان دهید که خطاها را به جای نتایج در رایانه‌های کوانتومی فعلی نشان می‌دهند، این الگوریتمی است که باید با آن تلاش کنید. 

دفترچه یادداشت کلاسیک

ما در حال بررسی سه معیار کلیدی هستیم: وفاداری، عمق مدار و تعداد CX. وفاداری این است که نتیجه چقدر به یک راه حل دقیق نزدیک است. به دلیل اندازه مدارها، همه چیز باید به صورت کلاسیک محاسبه شود. عمق مدار نشان می‌دهد که برای اجرای تمام عملیات، فشار دادن یا فراتر رفتن از محدودیت‌های رایانه‌های کوانتومی فعلی، چند مرحله زمانی لازم است. شمارش CX تعداد عملیات چند کیوبیتی را نشان می دهد، زیرا اینها به طور استثنایی مستعد خطا هستند.

مدار Classiq با عمق مدار بسیار کمتر و عملیات CX بسیار کمتر، وفاداری بهتری را نشان می دهد. در حالی که هنوز برای اجرا بسیار حجیم است، بسیار نزدیکتر از مدار Qiskit به مفید بودن آن است. نکته مهم، وفاداری محاسبه شده کلاسیک نشان می دهد که مدار Classiq نه تنها کوچکتر است، بلکه در واقع برای حل مشکل انتخاب شده در این اندازه کوچک طراحی شده است. 

شک و تردید طبیعی

مشکل اعتماد به نوت بوک Classiq این است که تیم Classiq نه تنها راه حل خود را ارائه می دهد، بلکه راه حل Qiskit را نیز ارائه می دهد. آنها بدیهی است که می خواهند پلتفرم Classiq خوب به نظر برسد، بنابراین تأیید ادعای آنها در برابر اجرای HHL که از Qiskit استفاده می کند اما توسط تیم Classiq توسعه داده نشده است، مهم است. 

دفترچه یادداشت Qiskit

ساده ترین راه برای یافتن پیاده سازی است آموزش HHL Qiskit، که اجازه می دهد مشکل Classiq با استفاده از کد تیم Qiskit حل شود. این نوت‌بوک شامل دو رویکرد است، یکی که مدارهای بزرگ‌تری تولید می‌کند اما دقیق‌تر است و دیگری که مدارهای کوچک‌تری را با کاهش دقت تولید می‌کند. 

مدار Classiq نه تنها به طور قابل توجهی کوچکتر از هر سه مدار Qiskit است، بلکه به یک کیوبیت کمتر از مدارهای Naive و Tridi Qiskit نیز نیاز دارد. 

به دلیل وفاداری بالا، اجرای Qiskit Classiq در مقایسه با اجرای Qiskit Naive بهتر از اجرای Qiskit Tridi است. حتی اگر تعداد CX 25٪ بیشتر است، عمق مدار با استفاده از یک کیوبیت کمتر 70٪ کمتر است. اگر امروز رایانه‌های کوانتومی تصحیح‌شده خطا داشتیم، این بدان معناست که اجرای Qiskit Classiq سریع‌تر اجرا می‌شود و هزینه‌های دسترسی سخت‌افزاری کمتری نسبت به پیاده‌سازی با وفاداری بالا خود Qiskit دارد.

نتیجه: Classiq پابرجاست

حداقل برای این مثال خاص، ادعای Classiq صادق است. نه تنها اجرای HHL آسان است، بلکه تفاوت در اندازه مدار نیز قابل توجه است. مدار Classiq نه تنها سریعتر از سه جایگزین Qiskit کار می کند، بلکه از طریق IBM Quantum هزینه کمتری نیز خواهد داشت. و با بهبود سخت افزار محاسبات کوانتومی، پیاده سازی Classiq اولین مورد از چهار موردی است که در اینجا مفید خواهد بود.

برایان N. Siegelwax یک طراح مستقل الگوریتم کوانتومی و یک نویسنده مستقل برای درون فناوری کوانتومی. او به دلیل مشارکت هایش در زمینه محاسبات کوانتومی، به ویژه در طراحی الگوریتم های کوانتومی شناخته شده است. او چارچوب‌ها، پلتفرم‌ها و ابزارهای محاسباتی کوانتومی متعددی را ارزیابی کرده است و بینش و یافته‌های خود را از طریق نوشته‌هایش به اشتراک گذاشته است. Siegelwax همچنین یک نویسنده است و کتاب هایی مانند "Dungeons & Qubits" و "Choose Your Own Quantum Adventure" را نوشته است. او مرتباً در Medium در مورد موضوعات مختلف مربوط به محاسبات کوانتومی می نویسد. کار او شامل کاربردهای عملی محاسبات کوانتومی، بررسی محصولات محاسبات کوانتومی و بحث در مورد مفاهیم محاسبات کوانتومی است.

دسته بندی ها:
فوتونیک, محاسبات کوانتومی

برچسب ها:
برایان سیگل واکس, کلاسیک, کیسکیت, کیوبیت

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/efficient-synthesis-of-massive-quantum-circuits-an-overview-of-the-classiq-system/