شبیه ساز کوانتومی جهش-نگاهی به MIMIQ-Circ توسط QPerfect - در داخل فناوری کوانتومی

چند سال پیش، شبیه سازهای کامپیوتری کوانتومی بسیار محدود بودند. در یک لپ تاپ، شاید بتوانید حدود 10 کیوبیت را شبیه سازی کنید. از طریق ابر، شاید بتوانید حدود 20 را شبیه سازی کنید. بسته به آنچه که در حال اجرا بودید، الگوریتم هایی با این تعداد کیوبیت کم ممکن است ساعت ها طول بکشد تا پردازش شوند. در واقع، من محدودیت زمان اجرای 10,000 ثانیه ای یک شبیه ساز ابری را در حالی که تنها از 20 کیوبیت استفاده می کند، کشف کردم. من فقط 2.75 ساعت صبر کردم تا در پایان پیام خطا دریافت کنم.

در سال‌های پس از آن، رایانه‌های کوانتومی بسیار پیشرفت کرده‌اند، اما شبیه‌سازهای آن‌ها نیز بهبود یافته‌اند. من همه آنها را آزمایش نکرده ام، اما یافتن ادعاهایی در مورد قابلیت های شبیه سازی 30-40 کیوبیت معمول است. ما همچنین شاهد ظهور شبیه سازها بوده ایم، شبیه سازهایی که دارای مدل های نویز هستند که انواع خاصی از کامپیوترهای کوانتومی یا حتی کامپیوترهای کوانتومی خاص را تقلید می کنند.

اخیراً، ما شاهد رشد استفاده از شبکه های تانسور بوده ایم. این حل کننده های کلاسیک می توانند ادعا کنند که بیش از 100 کیوبیت را شبیه سازی می کنند. حالا، اینجا می آید QPerfect، که ادعای آنها را دارد MIMIQ-Circ خانواده شبیه سازها می توانند صدها کیوبیت، شاید تا چند هزار کیوبیت را مدیریت کنند. برای مدت کوتاهی به من اجازه دسترسی داده شد و از این زمان برای آزمایش ادعاهای آنها استفاده کردم.

MIMIQ-Circ، توسط QPerfect

چالش شبیه‌سازی کلاسیک کامپیوترهای کوانتومی این است که هر کیوبیت درهم‌تنیده‌ای که اضافه می‌کنیم، مقدار حافظه مورد نیاز برای نمایش سیستم کوانتومی را دو برابر می‌کند. یکی از راه‌های کاهش نیاز کلی به حافظه، توصیف نکردن کامل سیستم است. نیاز به حافظه همچنان به طور تصاعدی افزایش می یابد، اما اعداد کوچکتر دو برابر می شوند. راه دیگر برای شبیه‌سازی کیوبیت‌های بیشتر، محدود کردن عملیات قابل پیاده‌سازی است، همانطور که در مورد شبیه‌ساز کلیفورد که می‌تواند چندین هزار کیوبیت را شبیه‌سازی کند، وجود دارد. 

MIMIQ-Circ از رویکرد اول پیروی می کند و از فضای حالت جزئی با مجموعه کامل عملیات استفاده می کند. تعداد کیوبیت به اندازه یک شبیه ساز کلیفورد نیست، با این حال بسیار بیشتر از شبیه سازهای دیگر است. 

MIMIQ-Circ در واقع یک خانواده کوچک از شبیه سازها است: یک شبیه ساز حالت بردار و یک شبیه ساز MPS.

شبیه سازی بردار حالت

در طول دوره آزمایشی فعلی، QPerfect شبیه ساز حالت بردار خود را تنها به 32 کیوبیت و محدودیت شات 2 محدود می کند.16. در واقع بردار حالت را که نشان دهنده وضعیت کیوبیت ها قبل از اندازه گیری است، بر نمی گرداند، اما این در خط لوله است و راهی برای دریافت آن در این فاصله وجود دارد. در حال حاضر، نمونه ای را به عنوان شمارش برمی گرداند، گویی که از یک شبیه ساز QASM استفاده می کنید. 

جالب اینجاست که من نصب های محلی شبیه سازها را با یک شبیه ساز MIMIQ-Circ میزبانی شده در فضای ابری مقایسه کردم. این امر MIMIQ-Circ را در یک نقطه ضعف مشخص قرار داد زیرا داده ها باید از طریق اینترنت رفت و برگشت می کردند. 

من شبیه سازها را روی مدارهای QPE و HHL آزمایش کردم، که برخی از عمیق ترین مدارهای کوانتومی هستند که می توانید پیدا کنید. در کوچکترین مقیاس ها، پیاده سازی های محلی سریعتر بودند. اما با افزایش تعداد کیوبیت ها، MIMIQ-Circ حتی با مشکل اینترنت سریعتر شد. 

برای اینکه به شما نشان دهم چقدر سریع این اتفاق با QPE می افتد، از هیدروژن مولکولی استفاده کردم که کوچکترین مولکولی است که می توانیم استفاده کنیم. برای محاسبه دقیق، به 15 کیوبیت نیاز داریم. و با مجموع نه کیوبیت، MIMIQ-Circ روی ابر از قبل سریعتر از شبیه سازهای محلی بود. با HHL، MIMIQ-Circ یک شبیه ساز محلی را با 16 کیوبیت گره زد و از آن در XNUMX کیوبیت پیشی گرفت.

MIMIQ-Circ به اندازه‌ای کارآمد است که حتی با تأخیر شبکه، از شبیه‌سازهای محلی پیشی می‌گیرد. نکته مهم این است که نتایج MIMIQ-Cirq از نظر کیفی با شبیه‌سازهای محلی مطابقت دارد و این اطمینان را ایجاد می‌کند که واقعاً کار می‌کند.

شبیه سازی MPS

این شبیه ساز شبکه تانسور است که ظاهراً می تواند صدها کیوبیت را شبیه سازی کند. اما شما نمی توانید این کار را در جای دیگری انجام دهید، بنابراین من مدارهای کوانتومی به این بزرگی ندارم که فقط در اطراف قرار دارند. خوشبختانه، ساخت یک مدار عظیم با استفاده از یک برنامه فرعی به نام تست SWAP آسان است. بنابراین، یک مدار بزرگ ساختم، آن را اجرا کردم، آن را افزایش دادم و دوباره آن را اجرا کردم تا سرانجام MIMIQ-Circ خراب شد.

MIMIQ-Circ یک مدار 1401 کیوبیتی را در کمتر از 6 دقیقه پردازش کرد. 

جایی بین 1401 و 1421 کیوبیت با چیزی بین 700 تا 710 گیت SWAP کنترل‌شده، MIMIQ-Circ بالاخره شروع به بازگشت خطاهای زمان اجرا می‌کند. این تقریباً 1400 کیوبیت بیشتر از حد متوسط ​​شبیه ساز رایانه کوانتومی شما است.

نکته مهم، در مقیاس های کوچک، نتایج MIMIQ-Circ از نظر کیفی با شبیه سازهای محلی مطابقت دارد. متأسفانه، دیگر شبیه‌سازها خیلی پیشرفت نمی‌کنند. با این حال، تأیید تست SWAP آسان است و به نظر می‌رسد MIMIQ-Circ در مقیاس‌های بزرگ بسیار بهتر از سایر شبیه‌سازها در مقیاس‌های کوچک عمل می‌کند.

شبیه سازی محلی در مقابل تاخیر شبکه

برای حل مشکل تأخیر شبکه، جایی که باید داده ها را به صورت رفت و برگشت در سراسر اینترنت ارسال کنید، QPerfect گفت که آنها در حال کار بر روی کارهای دسته ای، پشتیبانی از الگوریتم تغییرات و یک شبیه ساز محلی بردار حالت 20 کیوبیتی هستند. طبق آنچه من دیدم، یک شبیه ساز محلی باید به راحتی از سایر جایگزین های محلی بهتر عمل کند. به عنوان یک امتیاز، شما مجبور نخواهید بود که داده های خود را از طریق اینترنت ارسال کنید، که به هر حال همه مایل به انجام آن نیستند. 

نتیجه

MIMIQ-Circ باید بتواند هر مدار کوانتومی را که می‌توانیم روی هر کامپیوتر کوانتومی موجود امروزی اجرا کنیم، از جمله دو پردازنده 1000+ که در دسترس عموم نیستند، شبیه‌سازی کند. در واقع، MIMIQ-Circ دو مزیت عمده نسبت به این پردازنده ها دارد:

1. هیچ سر و صدایی وجود ندارد. در غیاب تصحیح خطای کوانتومی، که ما در تولید نداریم، MIMIQ-Circ باید از نظر کیفی بهتر از پردازنده‌های 1000+ باشد.
2. MIMIQ-Circ دارای اتصال کیوبیت همه به همه است. اگرچه یکی از پردازنده های 1000+ پتانسیل اتصال همه به همه را دارد، اما تایید نشده است و دیگری قطعا اینطور نیست.

اگرچه من بر روی تست استرس MIMIQ-Circ تمرکز کردم، مهم است که تکرار شود که نتایج آن از نظر کیفی با نتایج شبیه‌سازهای محلی مطابقت دارد. در کوچکترین مقیاس هایی که شبیه سازهای دیگر می توانند کار کنند، تأیید اینکه MIMIQ-Circ کار می کند آسان است. و در مقیاس بزرگ، نتایج آزمون SWAP امیدوارکننده است. MIMIQ-Circ به نظر سریع، دقیق و در یک لیگ خاص خود است.

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:
محاسبات کوانتومی, تحقیق, نرمافزار

برچسب ها:
برایان سیگل واکس, MIMIQ-Circ, QPerfect

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