Synthèse efficace de circuits quantiques massifs - Un aperçu du système Classiq

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Brian Siegelwax compare le système de qubits Classiq avec le HHL de Qiskit pour voir lequel est le plus efficace.

By Brian Siegelwax posté le 13 mars 2024

La plateforme Classiq propose des moyens simples de synthétiser des circuits quantiques massifs pour des algorithmes complexes. En fait, vous pouvez synthétiser rapidement et facilement des circuits si massifs que votre ordinateur quantique cible renverra une erreur. Il se peut même qu'il ne renvoie pas de « bruit » provenant de circuits en fonctionnement aussi profonds, mais des erreurs indiquent que ces circuits ne peuvent pas fonctionner du tout.

Le problème comporte trois niveaux. Même avec de petits circuits quantiques, chaque opération introduit un risque d’erreur. À mesure que les erreurs s’accumulent, les résultats deviennent vite inutiles. À mesure que les circuits s’agrandissent, vous risquez d’atteindre les limites de durée de conservation des informations quantiques, ce qui signifie qu’un algorithme n’a pas le temps de se terminer. Imaginez vouloir regarder une vidéo YouTube de 20 minutes avec seulement 5 minutes d'autonomie de batterie ; tu ne peux pas le faire. Vous ne pouvez pas brancher l'ordinateur quantique, ni recharger et continuer ; vous ne pouvez tout simplement pas exécuter l'intégralité de l'algorithme à temps. Et à mesure que les circuits deviennent carrément massifs, il y a souvent un message d'erreur mentionné ci-dessus indiquant que le système de contrôle ne tentera même pas d'exécuter l'algorithme.

L’équipe Classiq semble désormais suggérer que la plateforme non seulement synthétise des circuits massifs, mais qu’elle le fait plus efficacement que Qiskit, le framework d’informatique quantique le plus populaire. Cette affirmation est importante pour quatre raisons : 1) les circuits moins profonds s'exécutent plus rapidement que les circuits plus profonds, 2) des temps d'exécution plus rapides peuvent permettre d'économiser considérablement sur les coûts lorsque la facturation est basée sur le temps d'exécution, 3) moins d'opérations signifie moins d'erreurs nécessitant une correction, et 4) en tant qu'ordinateurs quantiques mature et peut exécuter des algorithmes plus grands, les circuits plus petits deviendront utiles en premier.

Il y a un classique cahier qui compare la plateforme Classiq à Qiskit en utilisant l'algorithme HHL. Si nous voulons voir des différences d’efficacité, l’algorithme HHL est suffisamment massif pour mettre en évidence ces différences.

L'algorithme HHL

L'algorithme Harrow-Hassidim-Lloyd, ou algorithme HHL, promet de résoudre des systèmes d'équations linéaires avec une accélération exponentielle par rapport aux algorithmes classiques les plus connus. Ces équations sont largement applicables en science et en ingénierie.

Le problème est que les circuits HHL, même avec les plus petits problèmes de jouets, sont incroyablement profonds. Si vous souhaitez démontrer des circuits renvoyant des erreurs au lieu de résultats sur les ordinateurs quantiques actuels, c'est l'algorithme avec lequel tenter cela.

Le carnet Classiq

Nous examinons les trois indicateurs clés : la fidélité, la profondeur du circuit et le nombre de CX. La fidélité est la mesure dans laquelle le résultat est proche d'une solution exacte ; à cause de la taille des circuits, tout doit être calculé de manière classique. La profondeur du circuit indique combien de pas de temps sont nécessaires pour mettre en œuvre toutes les opérations, repoussant ou dépassant les limites des ordinateurs quantiques actuels. Les décomptes CX indiquent le nombre d’opérations multi-qubits, car celles-ci sont exceptionnellement sujettes aux erreurs.

	classique	Kikit
Fidelity	99.99999999896276%	99.99998678594436%
Profondeur du circuit	3527	81016
Nombre d'expériences client	1978	159285

Le circuit Classiq montre une meilleure fidélité avec beaucoup moins de profondeur de circuit et beaucoup moins d'opérations CX. Bien qu'il soit encore trop massif pour être exécuté, il est bien plus utile que le circuit de Qiskit. Il est important de noter que la fidélité calculée de manière classique souligne que le circuit de Classiq n'est pas seulement plus petit, mais qu'il est en fait toujours conçu pour résoudre le problème sélectionné avec cette taille réduite.

Scepticisme naturel

Le problème de faire confiance au notebook de Classiq est que l'équipe Classiq fournit non seulement sa propre solution, mais elle fournit également la solution de Qiskit. Ils veulent évidemment que la plateforme Classiq ait fière allure, il est donc important de vérifier leur affirmation par rapport à une implémentation de HHL qui utilise Qiskit mais qui n'a pas été développée par l'équipe Classiq.

Carnet de Qiskit

La mise en œuvre la plus simple à trouver est Tutoriel HHL de Qiskit, qui permet de résoudre le problème de Classiq en utilisant le code de l'équipe Qiskit. Ce cahier comprend deux approches, l'une qui génère des circuits plus grands mais plus précis et l'autre qui génère des circuits plus petits en sacrifiant la précision.

	classique	Qiskit de Classiq	Qiskit Naïf	Qiskit Tridi
Profondeur du circuit	3527	81016	272759	40559
Nombre d'expériences client	1978	159285	127360	25812

Non seulement le circuit Classiq est nettement plus petit que les trois circuits Qiskit, mais il nécessite également un qubit de moins que les circuits Naive et Tridi de Qiskit.

En raison de leur haute fidélité, l'implémentation Qiskit de Classiq est meilleure que l'implémentation Qiskit Naive que l'implémentation Qiskit Tridi. Même si le nombre de CX est 25 % plus élevé, la profondeur du circuit est 70 % inférieure en utilisant un qubit de moins. Si nous disposions aujourd'hui d'ordinateurs quantiques corrigés des erreurs, cela signifie que l'implémentation Qiskit de Classiq fonctionnerait plus rapidement et entraînerait des coûts d'accès matériel inférieurs à ceux de l'implémentation haute fidélité de Qiskit.

Conclusion : Classiq tient le coup

Au moins pour ce cas précis, l'affirmation de Classiq tient la route. Non seulement le HHL est facile à mettre en œuvre, mais la différence de taille de circuit est substantielle. Le circuit de Classiq fonctionnera non seulement plus rapidement que trois alternatives Qiskit, mais il coûtera moins cher via IBM Quantum. Et à mesure que le matériel informatique quantique s'améliore, la mise en œuvre de Classiq sera la première des quatre à devenir utile.

Brian N. Siegelwax est un concepteur indépendant d'algorithmes quantiques et un rédacteur indépendant pour À l'intérieur de la technologie quantique. Il est connu pour ses contributions au domaine de l'informatique quantique, notamment dans la conception d'algorithmes quantiques. Il a évalué de nombreux cadres, plates-formes et utilitaires d'informatique quantique et a partagé ses idées et ses découvertes à travers ses écrits. Siegelwax est également auteur et a écrit des livres tels que « Dungeons & Qubits » et « Choose Your Own Quantum Adventure ». Il écrit régulièrement sur Medium sur divers sujets liés à l'informatique quantique. Son travail comprend des applications pratiques de l'informatique quantique, des critiques de produits informatiques quantiques et des discussions sur les concepts de l'informatique quantique.

Catégories:
photonique, l'informatique quantique

Mots clés:
Brian Siegelwax, classique, Kikit, qubits