Sintesi efficiente di circuiti quantistici di massa: una panoramica del sistema Classiq – All'interno della tecnologia quantistica

La piattaforma Classiq offre modi semplici per sintetizzare enormi circuiti quantistici per algoritmi complessi. In effetti, puoi sintetizzare rapidamente e facilmente circuiti così massicci che il tuo computer quantistico target restituirà un errore. Potrebbe non restituire nemmeno il “rumore” derivante dai circuiti che funzionano così in profondità, ma gli errori indicano che questi circuiti non possono funzionare affatto.

Il problema ha tre livelli. Anche con piccoli circuiti quantistici, ogni operazione introduce una possibilità di errore. Man mano che gli errori si accumulano, i risultati diventano rapidamente inutili. Man mano che i circuiti diventano più grandi, si rischia di raggiungere i limiti di quanto tempo possono essere mantenute le informazioni quantistiche, il che significa che un algoritmo non ha il tempo di completarsi. Immagina di voler guardare un video YouTube di 20 minuti con solo 5 minuti di autonomia della batteria; non puoi farlo. Non puoi collegare il computer quantistico, né puoi ricaricarlo e continuare; semplicemente non puoi eseguire l'intero algoritmo in tempo. E man mano che i circuiti diventano davvero enormi, spesso viene visualizzato il suddetto messaggio di errore che indica che il sistema di controllo non tenterà nemmeno di eseguire l'algoritmo.

Il team di Classiq sembra ora suggerire che la piattaforma non solo sintetizza circuiti enormi, ma che lo fa in modo più efficiente di Qiskit, il framework di calcolo quantistico più popolare. Questa affermazione è importante per quattro ragioni: 1) i circuiti meno profondi vengono eseguiti più velocemente di quelli più profondi, 2) tempi di esecuzione più rapidi possono far risparmiare significativamente sui costi quando la fatturazione è basata sul tempo di esecuzione, 3) meno operazioni significano meno errori che richiedono correzione e 4) poiché i computer quantistici maturi e in grado di eseguire algoritmi più grandi, i circuiti più piccoli diventeranno utili per primi.

C'è un classico taccuino che confronta la piattaforma Classiq con Qiskit utilizzando l'algoritmo HHL. Se vogliamo vedere le differenze di efficienza, l’algoritmo HHL è abbastanza massiccio da evidenziarle.

L'algoritmo HHL

L'algoritmo Harrow-Hassidim-Lloyd, o algoritmo HHL, promette di risolvere sistemi di equazioni lineari con una velocità esponenziale rispetto agli algoritmi classici più noti. Queste equazioni godono di un'ampia applicabilità nella scienza e nell'ingegneria.

Il problema è che i circuiti HHL, anche con i più piccoli problemi dei giocattoli, sono incredibilmente profondi. Se vuoi dimostrare circuiti che restituiscono errori anziché risultati sugli attuali computer quantistici, questo è l'algoritmo con cui tentarlo. 

Il taccuino Classico

Stiamo esaminando i tre parametri chiave: fedeltà, profondità del circuito e conteggio CX. La fedeltà è quanto il risultato è vicino a una soluzione esatta; a causa delle dimensioni dei circuiti, tutto deve essere calcolato in modo classico. La profondità del circuito indica quanti passaggi temporali sono necessari per implementare tutte le operazioni, spingendo o superando i limiti degli attuali computer quantistici. I conteggi CX indicano il numero di operazioni multi-qubit, poiché queste sono eccezionalmente soggette a errori.

Il circuito Classiq mostra una migliore fedeltà con una profondità del circuito molto inferiore e molte meno operazioni CX. Anche se è ancora troppo imponente per essere gestito, è molto più vicino all'essere utile del circuito di Qiskit. È importante sottolineare che la fedeltà calcolata in modo classico evidenzia che il circuito di Classiq non è solo più piccolo, ma che è, di fatto, ancora progettato per risolvere il problema selezionato a queste dimensioni ridotte. 

Scetticismo naturale

Il problema con la fiducia nel notebook di Classiq è che il team di Classiq non solo fornisce la propria soluzione, ma fornisce anche la soluzione di Qiskit. Ovviamente vogliono che la piattaforma Classiq abbia un bell'aspetto, quindi è importante verificare la loro affermazione rispetto a un'implementazione di HHL che utilizza Qiskit ma che non è stata sviluppata dal team Classiq. 

Il taccuino di Qiskit

L'implementazione più semplice da trovare è Tutorial HHL di Qiskit, che consente di risolvere il problema di Classiq utilizzando il codice del team Qiskit. Questo notebook include due approcci, uno che genera circuiti più grandi ma è più preciso e uno che genera circuiti più piccoli sacrificando la precisione. 

Non solo il circuito Classiq è significativamente più piccolo di tutti e tre i circuiti Qiskit, ma richiede anche un qubit in meno rispetto ai circuiti Naive e Tridi di Qiskit. 

Grazie alla loro elevata fedeltà, l'implementazione Qiskit di Classiq è migliore rispetto all'implementazione Qiskit Naive rispetto all'implementazione Qiskit Tridi. Anche se il conteggio CX è superiore del 25%, la profondità del circuito è inferiore del 70% utilizzando un qubit in meno. Se oggi avessimo computer quantistici con correzione degli errori, ciò significa che l’implementazione Qiskit di Classiq funzionerebbe più velocemente e comporterebbe costi di accesso hardware inferiori rispetto all’implementazione ad alta fedeltà di Qiskit.

Conclusione: Classiq regge

Almeno per questo caso specifico, l'affermazione di Classiq regge. Non solo l'HHL è facile da implementare, ma la differenza nella dimensione del circuito è sostanziale. Il circuito di Classiq non solo funzionerà più velocemente di tre alternative Qiskit, ma costerà meno grazie a IBM Quantum. E con il miglioramento dell’hardware del calcolo quantistico, l’implementazione di Classiq sarà la prima delle quattro a diventare utile.

Brian N. Siegelwax è un progettista indipendente di algoritmi quantistici e uno scrittore freelance per Dentro la tecnologia quantistica. È noto per i suoi contributi nel campo dell'informatica quantistica, in particolare nella progettazione di algoritmi quantistici. Ha valutato numerosi framework, piattaforme e utilità di calcolo quantistico e ha condiviso le sue intuizioni e scoperte attraverso i suoi scritti. Siegelwax è anche un autore e ha scritto libri come "Dungeons & Qubits" e "Scegli la tua avventura quantistica". Scrive regolarmente su Medium su vari argomenti relativi all'informatica quantistica. Il suo lavoro include applicazioni pratiche dell'informatica quantistica, recensioni di prodotti dell'informatica quantistica e discussioni sui concetti dell'informatica quantistica.

Categorie:
fotonica, calcolo quantistico

Tag:
Brian Siegelwax, classico, Qikit, qubit

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• Fonte: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/efficient-synthesis-of-massive-quantum-circuits-an-overview-of-the-classiq-system/