Le simulateur quantique fait un bond en avant sur MIMIQ-Circ par QPerfect

Republié par Platon

Suiveurs: 0

Brian Siegelwax teste le MIMIQ-Circ de QPerfect pour voir s'il nous oblige à une simulation quantique standard.

By Brian Siegelwax posté le 22 mars 2024

Il y a quelques années à peine, les simulateurs informatiques quantiques étaient assez limités. Sur un ordinateur portable, vous pourriez peut-être simuler environ 10 qubits. Via le cloud, vous pourriez peut-être en simuler environ 20. En fonction de ce que vous exécutiez, le traitement des algorithmes avec ces faibles nombres de qubits pouvait déjà prendre des heures. En fait, j'ai découvert la limite d'exécution de 10,000 20 secondes d'un simulateur de cloud en utilisant seulement 2.75 qubits environ. J'ai attendu XNUMX heures juste pour recevoir un message d'erreur à la fin.

Au cours des années qui ont suivi, les ordinateurs quantiques se sont considérablement améliorés, tout comme leurs simulateurs. Je ne les ai pas tous testés, mais il est courant de trouver des allégations faisant état de capacités de simulation de 30 à 40 qubits. Nous avons également assisté à l’essor des émulateurs, qui sont des simulateurs dotés de modèles de bruit imitant des types spécifiques d’ordinateurs quantiques, voire des ordinateurs quantiques spécifiques.

Plus récemment, nous avons assisté à une croissance de l’utilisation des réseaux tensoriels. Ces solveurs classiques peuvent prétendre simuler plus de 100 qubits. Maintenant, voici QParfait, qui revendique leur MIMIQ-Circ famille des simulateurs peuvent gérer plusieurs centaines de qubits, peut-être jusqu'à quelques milliers de qubits. J'ai obtenu brièvement l'accès et j'ai utilisé ce temps pour tester leurs affirmations.

MIMIQ-Circ, par QPerfect

Le défi de la simulation classique des ordinateurs quantiques est que chaque qubit intriqué que nous ajoutons double la quantité de mémoire dont nous avons besoin pour représenter le système quantique. Une façon de réduire les besoins globaux en mémoire consiste à ne pas décrire complètement le système. Les besoins en mémoire continuent de croître de façon exponentielle, mais les nombres plus petits sont doublés. Une autre façon de simuler davantage de qubits est de restreindre les opérations pouvant être mises en œuvre, comme c'est le cas avec un simulateur Clifford, qui peut simuler plusieurs milliers de qubits.

MIMIQ-Circ suit la première approche, utilisant un espace d'état partiel avec un ensemble complet d'opérations. Le nombre de qubits n'est pas aussi élevé que celui d'un simulateur Clifford, mais il est bien plus élevé que celui des autres simulateurs.

MIMIQ-Circ est en fait une petite famille de simulateurs : un simulateur statevector et un simulateur MPS.

Simulation de vecteur d'état

Au cours de la période d'essai actuelle, QPerfect limite son simulateur de vecteurs d'état à seulement 32 qubits et une limite de tir de 2.16. Il ne renvoie pas réellement le vecteur d'état, qui représente l'état des qubits avant la mesure, mais cela est en cours et il existe un moyen de l'obtenir entre-temps. Pour l'instant, il renvoie un échantillonnage sous forme de nombre, comme si vous utilisiez un simulateur QASM.

Ce qui est intéressant, c'est que j'ai comparé les installations locales de simulateurs à un simulateur MIMIQ-Circ hébergé dans le cloud. Cela a placé MIMIQ-Circ dans une position nettement désavantageuse, car les données devaient faire un aller-retour via Internet.

J'ai testé les simulateurs sur les circuits QPE et HHL, qui font partie des circuits quantiques les plus profonds que vous puissiez trouver. Aux plus petites échelles, les mises en œuvre locales ont été plus rapides. Mais à mesure que j'augmentais le nombre de qubits, MIMIQ-Circ devenait plus rapide, même avec le problème d'Internet.

Pour vous montrer à quelle vitesse cela se produit avec le QPE, j'ai utilisé l'hydrogène moléculaire, qui est la plus petite molécule possible que nous puissions utiliser. Pour effectuer un calcul précis, nous avons besoin de neuf qubits au total. Et avec neuf qubits au total, MIMIQ-Circ sur le cloud était déjà plus rapide que les simulateurs locaux. Avec HHL, MIMIQ-Circ a égalé un simulateur local à 15 qubits et l'a dépassé à 16 qubits.

MIMIQ-Circ est suffisamment efficace pour dépasser les simulateurs locaux, même avec la latence du réseau. Il est important de noter que les résultats de MIMIQ-Cirq correspondent qualitativement à ceux des simulateurs locaux, ce qui renforce la confiance dans son fonctionnement réel.

Simulation MPS

Il s'agit du simulateur de réseau tensoriel qui est censé pouvoir simuler des centaines de qubits. Mais vous ne pouvez faire cela nulle part ailleurs, donc je n’ai pas de circuits quantiques aussi grands qui traînent. Heureusement, il est facile de construire un circuit massif à l'aide d'un sous-programme appelé SWAP Test. J'ai donc construit un grand circuit, je l'ai exécuté, je l'ai agrandi et je l'ai exécuté à nouveau jusqu'à ce que MIMIQ-Circ se brise enfin.

MIMIQ-Circ a traité un circuit de 1401 6 qubits en un peu moins de XNUMX minutes.

Quelque part entre 1401 1421 et 700 710 qubits avec entre 1400 et XNUMX portes SWAP contrôlées, MIMIQ-Circ commence enfin à renvoyer des erreurs d'exécution. Cela représente près de XNUMX XNUMX qubits de plus que ce que votre simulateur d’ordinateur quantique moyen peut gérer.

Il est important de noter qu’à petite échelle, les résultats de MIMIQ-Circ correspondent qualitativement à ceux des simulateurs locaux. Malheureusement, les autres simulateurs ne évoluent pas très loin. Cependant, le test SWAP est facile à vérifier et MIMIQ-Circ semble bien mieux résister à grande échelle que d'autres simulateurs à petite échelle.

Simulation locale vs latence du réseau

Pour résoudre le problème de latence du réseau, qui consiste à envoyer des données aller-retour sur Internet, QPerfect a déclaré qu'il travaillait sur des tâches par lots, la prise en charge d'algorithmes variationnels et un simulateur de vecteur d'état local de 20 qubits. D'après ce que j'ai vu, un simulateur local devrait largement surpasser les autres alternatives locales. En prime, vous n'aurez pas besoin d'envoyer vos données sur Internet, ce que tout le monde ne souhaite pas faire de toute façon.

Conclusion

MIMIQ-Circ devrait être capable de simuler tous les circuits quantiques que nous pouvons éventuellement exécuter sur chaque ordinateur quantique existant aujourd'hui, y compris les deux 1000+ processeurs qui ne sont pas accessibles au public. En fait, MIMIQ-Circ présente deux avantages majeurs par rapport à ces processeurs :

Il n'y a pas de bruit. En l'absence de correction d'erreur quantique, que nous n'avons pas en production, MIMIQ-Circ devrait être qualitativement meilleur que les 1000+ processeurs.
MIMIQ-Circ dispose d'une connectivité qubit tout-à-tout. Bien que l'un des plus de 1000 XNUMX processeurs ait le potentiel d'une connectivité tout-à-tout, cela n'a pas été confirmé, et l'autre ne l'a certainement pas.

Bien que je me sois concentré sur les tests de résistance MIMIQ-Circ, il est important de réitérer que ses résultats concordaient qualitativement avec ceux des simulateurs locaux. Aux plus petites échelles où d'autres simulateurs peuvent fonctionner, il est facile de confirmer que MIMIQ-Circ fonctionne. Et à grande échelle, les résultats du test SWAP sont prometteurs. MIMIQ-Circ semble être rapide, précis et unique en son genre.

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:
l'informatique quantique, un article, ,software

Mots clés:
Brian Siegelwax, MIMIQ-Circ, QParfait