QPerfect による量子シミュレーターの飛躍的な MIMIQ-Circ の考察 – 量子テクノロジーの内部

数年前までは、量子コンピューターのシミュレーターは非常に限られていました。ラップトップでは、約 10 量子ビットをシミュレートできるかもしれません。クラウド経由では、おそらく 20 程度のシミュレーションが可能です。実行している内容によっては、このような量子ビット数が少ないアルゴリズムの処理にはすでに数時間かかる可能性があります。実際、私はわずか約 10,000 量子ビットを使用しているにもかかわらず、クラウド シミュレーターの実行時間制限が 20 秒であることを発見しました。最後にエラーメッセージが表示されるまでに 2.75 時間待ちました。

それ以来、量子コンピューターは大幅に改良されましたが、シミュレーターも同様に改良されました。すべてをテストしたわけではありませんが、30 ～ 40 量子ビットのシミュレーション機能があるという主張を見つけるのが一般的です。また、特定の種類の量子コンピューター、さらには特定の量子コンピューターを模倣するノイズ モデルを備えたシミュレーターであるエミュレーターの台頭も見られました。

最近では、テンソル ネットワークの使用が増加しています。これらの古典的なソルバーは、100 量子ビット以上をシミュレートすると主張できます。さあ、来ます Qパーフェクト、彼らの主張 MIMIQ サークル 家族 シミュレータの多くは、数百量子ビット、おそらく最大で数千量子ビットを処理できます。私は短期間アクセスを許可されたので、この時間を彼らの主張をテストするために利用しました。

MIMIQ-Circ、QPerfect 作

量子コンピューターを古典的にシミュレートする際の課題は、量子もつれ量子ビットを追加するたびに、量子システムを表現するために必要なメモリ量が 2 倍になることです。全体的なメモリ要件を減らす 1 つの方法は、システムを完全には記述しないことです。メモリ要件は依然として指数関数的に増加していますが、より小さい数値は 2 倍になっています。より多くの量子ビットをシミュレートするもう 1 つの方法は、数千量子ビットをシミュレートできる Clifford シミュレータの場合のように、実装できる操作を制限することです。 

MIMIQ-Circ は最初のアプローチに従い、完全な操作セットを持つ部分状態空間を使用します。量子ビット数は Clifford シミュレーターほど多くはありませんが、他のシミュレーターよりもはるかに高いです。 

MIMIQ-Circ は実際には、ステートベクトル シミュレーターと MPS シミュレーターという小さなシミュレーターのファミリーです。

状態ベクトルのシミュレーション

現在の試用期間中、QPerfect はステートベクトル シミュレーターを 32 量子ビットのみ、ショット制限は 2 に制限しています。16。実際には、測定前の量子ビットの状態を表す状態ベクトルを返しませんが、それはパイプライン内にあり、その間にそれを取得する方法があります。現時点では、QASM シミュレーターを使用しているかのように、サンプリングをカウントとして返します。 

興味深いのは、ローカルにインストールされたシミュレーターと、クラウドでホストされている MIMIQ-Circ シミュレーターを比較したことです。データはインターネットを介して往復する必要があるため、これにより MIMIQ-Circ は明らかに不利な立場に置かれました。 

私はシミュレーターを QPE および HHL 回路に対してテストしました。これらは、最も深い量子回路の一部です。最小スケールでは、ローカル実装の方が高速でした。しかし、量子ビット数を増やすと、インターネットの問題があっても MIMIQ-Circ は高速になりました。 

QPE でこれがどれほど早く起こるかを示すために、使用できる最小の分子である水素分子を使用しました。正確な計算を行うには、合計 15 つの量子ビットが必要です。また、合計 16 量子ビットを備えたクラウド上の MIMIQ-Circ は、すでにローカル シミュレーターよりも高速でした。 HHL を使用すると、MIMIQ-Circ は XNUMX 量子ビットでローカル シミュレーターと同等となり、XNUMX 量子ビットでそれを上回りました。

MIMIQ-Circ は、ネットワーク遅延があってもローカル シミュレータを上回るほど効率的です。重要なのは、MIMIQ-Cirq の結果がローカル シミュレーターと定性的に一致しており、MIMIQ-Cirq が実際に機能するという確信が得られることです。

MPSシミュレーション

これは、おそらく数百の量子ビットをシミュレートできるテンソル ネットワーク シミュレーターです。しかし、他の場所ではそれを行うことはできないので、そこに転がっているだけのそれほど大きな量子回路はありません。幸いなことに、SWAP テストと呼ばれるサブルーチンを使用すると、大規模な回路を簡単に構築できます。そこで、大規模な回路を構築し、実行し、スケールアップして、最終的に MIMIQ-Circ が壊れるまで再度実行しました。

MIMIQ-Circ は 1401 量子ビット回路を 6 分弱で処理しました。 

1401 ～ 1421 の制御された SWAP ゲートを備えた 700 ～ 710 量子ビットのどこかで、MIMIQ-Circ は最終的にランタイム エラーを返し始めます。これは、平均的な量子コンピューター シミュレーターが処理できる量よりもほぼ 1400 量子ビット多いです。

重要なのは、小規模では MIMIQ-Circ の結果がローカル シミュレータと定性的に一致していることです。残念ながら、他のシミュレーターはそれほどスケールアップしません。ただし、SWAP テストは検証が簡単で、MIMIQ-Circ は他のシミュレータが小規模で行うよりも大規模ではるかに優れているようです。

ローカル シミュレーションとネットワーク遅延の比較

インターネット上でデータを往復送信する必要があるネットワーク遅延の問題を解決するために、QPerfect はバッチ ジョブ、変分アルゴリズムのサポート、およびローカル 20 量子ビット状態ベクトル シミュレーターに取り組んでいると述べました。私が見たところ、ローカル シミュレーターは他のローカル シミュレーターよりも快適にパフォーマンスを上回るはずです。おまけに、誰もが望んでいるわけではありませんが、インターネット経由でデータを送信する必要がなくなります。 

まとめ

MIMIQ-Circ は、公開されていない 1000 つの XNUMX 以上のプロセッサを含む、現在存在するすべての量子コンピュータで実行できるすべての量子回路をシミュレートできるはずです。実際、MIMIQ-Circ には、これらのプロセッサに比べて XNUMX つの大きな利点があります。

1. ノイズはありません。量子エラー補正がなければ、MIMIQ-Circ は 1000 個以上のプロセッサよりも定性的に優れているはずです。
2. MIMIQ-Circ は、全対全量子ビット接続を備えています。 1000 個以上のプロセッサーのうち XNUMX つは全対全接続の可能性がありますが、それは確認されておらず、もう XNUMX つは確実にそうではありません。

MIMIQ-Circ のストレス テストに焦点を当てましたが、その結果がローカル シミュレーターの結果と定性的に一致していることを繰り返し述べることが重要です。他のシミュレータが動作できる最小スケールでは、MIMIQ-Circ が動作することを確認するのは簡単です。そして、大規模な場合、SWAP テストの結果は有望です。 MIMIQ-Circ は高速かつ正確で、独自のレベルにあるようです。

ブライアン・N・シーゲルワックス 独立した量子アルゴリズム設計者であり、フリーライターでもあります。 量子技術の内部。彼は、量子コンピューティングの分野、特に量子アルゴリズムの設計における貢献で知られています。彼は数多くの量子コンピューティングのフレームワーク、プラットフォーム、ユーティリティを評価し、著書を通じて洞察や発見を共有してきました。シーゲルワックスは作家でもあり、「Dungeons & Qubits」や「Choose Your Own Quantum Adventure」などの本を書いています。彼は量子コンピューティングに関連するさまざまなトピックについて定期的に Medium に執筆しています。彼の仕事には、量子コンピューティングの実際の応用、量子コンピューティング製品のレビュー、量子コンピューティングの概念に関する議論が含まれます。

カテゴリー：
量子コンピューティング, 研究, ソフトウェア

タグ：
ブライアン・シーゲルワックス, MIMIQ サークル, Qパーフェクト

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• 情報源： https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/quantum-simulator-leap-looking-at-mimiq-circ-by-qperfect/