Masszív kvantumáramkörök hatékony szintézise – A Classiq rendszer áttekintése – A kvantumtechnológia belsejében

A Classiq Platform egyszerű módszereket kínál hatalmas kvantumáramkörök szintetizálására összetett algoritmusokhoz. Valójában gyorsan és egyszerűen szintetizálhat olyan hatalmas áramköröket, hogy a cél kvantumszámítógépe hibát jelez. Lehet, hogy nem is ad vissza „zajt” az ilyen mélyen futó áramkörökből, de a hibák azt jelzik, hogy ezek az áramkörök egyáltalán nem működnek.

A problémának három szintje van. Még kis kvantumáramkörök esetén is minden művelet hibalehetőséget rejt magában. A hibák halmozódásával az eredmények gyorsan használhatatlanná válnak. Ahogy az áramkörök növekednek, fennáll annak a veszélye, hogy eléri a kvantuminformáció fenntartásának határát, ami azt jelenti, hogy egy algoritmusnak nincs ideje befejezni. Képzeld el, hogy egy 20 perces YouTube-videót szeretnél megnézni mindössze 5 perces akkumulátor-üzemidővel; nem tudod megtenni. Nem csatlakoztathatod a kvantumszámítógépet, nem tudod újratölteni és folytatni; egyszerűen nem tudja időben futtatni a teljes algoritmust. És ahogy az áramkörök kifejezetten tömegessé válnak, gyakran megjelenik egy fent említett hibaüzenet, amely azt jelzi, hogy a vezérlőrendszer meg sem kísérli az algoritmus végrehajtását.

Úgy tűnik, a Classiq csapata most azt sugallja, hogy a platform nemcsak hatalmas áramköröket szintetizál, hanem hatékonyabban is teszi ezt, mint a Qiskit, a legnépszerűbb kvantumszámítási keretrendszer. Ez az állítás négy okból fontos: 1) a sekélyebb áramkörök gyorsabban működnek, mint a mélyebb áramkörök, 2) a gyorsabb futásidő jelentősen megtakaríthatja a költségeket, ha a számlázás futásidőn alapul, 3) a kevesebb művelet kevesebb javítást igénylő hibát jelent, és 4) kvantumszámítógépként érett és nagyobb algoritmusokat is futtathat, a kisebb áramkörök válnak először hasznossá.

Van egy classiq jegyzetfüzet amely összehasonlítja a Classiq Platformot a Qiskittel a HHL algoritmus segítségével. Ha különbségeket akarunk látni a hatékonyságban, akkor a HHL algoritmus elég masszív ahhoz, hogy kiemelje ezeket a különbségeket.

A HHL algoritmus

A Harrow–Hassidim–Lloyd algoritmus vagy a HHL algoritmus azt ígéri, hogy a legismertebb klasszikus algoritmusokhoz képest exponenciálisan gyorsabban oldja meg a lineáris egyenletrendszereket. Ezek az egyenletek széles körben alkalmazhatók a tudományban és a műszaki tudományban.

A probléma az, hogy a HHL áramkörök még a legkisebb játékproblémák ellenére is hihetetlenül mélyek. Ha olyan áramköröket szeretne bemutatni, amelyek hibákat adnak vissza az eredmények helyett a jelenlegi kvantumszámítógépeken, ez az az algoritmus, amellyel megkísérelheti ezt. 

A Classiq notebook

A három fő mérőszámot vizsgáljuk: hűség, áramköri mélység és CX-szám. A hűség az, hogy az eredmény milyen közel áll a pontos megoldáshoz; az áramkörök mérete miatt mindent klasszikusan kell kiszámítani. Az áramköri mélység azt jelzi, hogy hány időlépésre van szükség az összes művelet végrehajtásához, a jelenlegi kvantumszámítógépek korlátainak kitolásához vagy túllépéséhez. A CX számlálók a több qubites műveletek számát jelzik, mivel ezek kivételesen hibásak.

A Classiq áramkör jobb pontosságot mutat sokkal kisebb áramköri mélységgel és sokkal kevesebb CX művelettel. Bár még mindig túl masszív a futáshoz, sokkal közelebb áll a hasznossághoz, mint a Qiskit pályája. Fontos, hogy a klasszikusan számított hűség rávilágít arra, hogy a Classiq áramköre nem csak kisebb, de valójában még mindig a kiválasztott probléma megoldására készült ebben a csökkentett méretben. 

Természetes szkepticizmus

A Classiq notebookjában való megbízással az a probléma, hogy a Classiq csapata nem csak saját megoldást kínál, hanem a Qiskit megoldását is. Nyilvánvalóan azt akarják, hogy a Classiq Platform jól nézzen ki, ezért fontos, hogy igazolják állításukat a HHL olyan implementációjával szemben, amely Qiskit használ, de amelyet nem a Classiq csapata fejlesztett ki. 

Qiskit jegyzetfüzete

A megvalósítást a legegyszerűbb megtalálni Qiskit HHL oktatóanyaga, amely lehetővé teszi a Classiq problémájának megoldását a Qiskit csapat kódjával. Ez a notebook két megközelítést tartalmaz: az egyiket nagyobb áramkörök generálják, de pontosabbak, és a másikat, amely a pontosság feláldozásával kisebb áramköröket generál. 

A Classiq áramkör nemcsak lényegesen kisebb, mint mindhárom Qiskit áramkör, de eggyel kevesebb qubitet is igényel, mint a Qiskit Naive és Tridi áramkörei. 

Nagy pontosságuk miatt a Classiq Qiskit implementációja jobb a Qiskit Naive implementációhoz képest, mint a Qiskit Tridi implementációja. Annak ellenére, hogy a CX-szám 25%-kal magasabb, az áramköri mélység 70%-kal alacsonyabb eggyel kevesebb qubit használatával. Ha ma lennének hibajavított kvantumszámítógépeink, ez azt jelenti, hogy a Classiq Qiskit implementációja gyorsabban futna, és alacsonyabb hardver-hozzáférési költségekkel járna, mint a Qiskit saját high-fidelity implementációja.

Következtetés: a Classiq kitart

Legalábbis ebben a konkrét esetben a Classiq állítása helytálló. A HHL nemcsak könnyen megvalósítható, de az áramkör méretében is jelentős a különbség. A Classiq áramköre nem csak három Qiskit-alternatívánál gyorsabban fog futni, de az IBM Quantum révén kevesebbe kerül. És ahogy a kvantumszámítási hardver fejlődik, a Classiq implementációja lesz az első a négy közül, amely hasznossá válik.

Brian N. Siegelwax egy független Quantum Algorithm Designer és egy szabadúszó író Belül kvantumtechnológia. Ismert a kvantumszámítástechnika területén végzett munkáiról, különösen a kvantum algoritmusok tervezésében. Számos kvantumszámítási keretrendszert, platformot és segédprogramot értékelt, és írásaiban megosztotta meglátásait és megállapításait. Siegelwax szintén szerző, és olyan könyveket írt, mint a „Dungeons & Qubits” és a „Choose Your Own Quantum Adventure”. Rendszeresen ír a Médiumon a kvantumszámítással kapcsolatos különféle témákról. Munkája magában foglalja a kvantumszámítás gyakorlati alkalmazásait, a kvantumszámítástechnikai termékek áttekintését, valamint a kvantumszámítási koncepciókról szóló vitákat.

Kategóriák:
fotonikára, kvantumszámítás

Címkék:
Brian Siegelwax, classiq, Qiskit, qubit

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/efficient-synthesis-of-massive-quantum-circuits-an-overview-of-the-classiq-system/