Symulator Quantum Skok w MIMIQ-Circ firmy QPerfect – Inside Quantum Technology

Kilka lat temu symulatory komputerów kwantowych były dość ograniczone. Być może na laptopie mógłbyś symulować około 10 kubitów. Za pomocą chmury mógłbyś przeprowadzić symulację około 20. W zależności od tego, co uruchomiłeś, przetwarzanie algorytmów z tak małą liczbą kubitów może już zająć wiele godzin. W rzeczywistości odkryłem, że symulator chmury może działać maksymalnie przez 10,000 20 sekund przy użyciu tylko około 2.75 kubitów. Czekałem XNUMX godziny, aż na końcu pojawił się komunikat o błędzie.

Od tego czasu komputery kwantowe znacznie się poprawiły, podobnie jak ich symulatory. Nie testowałem ich wszystkich, ale często można znaleźć twierdzenia o możliwościach symulacji 30-40 kubitów. Zaobserwowaliśmy także wzrost liczby emulatorów, czyli symulatorów wyposażonych w modele szumów naśladujące określone typy komputerów kwantowych, a nawet określone komputery kwantowe.

Niedawno zaobserwowaliśmy wzrost wykorzystania sieci tensorowych. Te klasyczne solwery mogą twierdzić, że symulują ponad 100 kubitów. Teraz nadchodzi QIdealny, który twierdzi, że ich MIMIQ-Circ członków Twojej rodziny symulatorów może obsłużyć wiele setek kubitów, a być może nawet kilka tysięcy kubitów. Na krótko uzyskałem dostęp i wykorzystałem ten czas na przetestowanie ich twierdzeń.

MIMIQ-Circ, autorstwa QPerfect

Wyzwanie stojące przed klasyczną symulacją komputerów kwantowych polega na tym, że każdy dodany przez nas splątany kubit podwaja ilość pamięci potrzebnej do reprezentowania układu kwantowego. Jednym ze sposobów zmniejszenia ogólnego zapotrzebowania na pamięć jest niepełny opis systemu. Zapotrzebowanie na pamięć nadal rośnie wykładniczo, ale mniejsze liczby są podwajane. Innym sposobem symulowania większej liczby kubitów jest ograniczenie możliwych do wykonania operacji, jak ma to miejsce w przypadku symulatora Clifforda, który może symulować kilka tysięcy kubitów. 

MIMIQ-Circ stosuje pierwsze podejście, wykorzystując częściową przestrzeń stanów z pełnym zestawem operacji. Liczba kubitów nie jest tak wysoka jak w symulatorze Clifforda, ale jest znacznie wyższa niż w innych symulatorach. 

MIMIQ-Circ to właściwie mała rodzina symulatorów: symulator wektora stanu i symulator MPS.

Symulacja wektora stanu

W obecnym okresie próbnym QPerfect ogranicza swój symulator wektora stanu do zaledwie 32 kubitów i limitu strzałów wynoszącego 216. W rzeczywistości nie zwraca wektora stanu, który reprezentuje stan kubitów przed pomiarem, ale jest to w przygotowaniu i istnieje sposób, aby w międzyczasie uzyskać to. Na razie zwraca próbkowanie jako liczbę, tak jakbyś używał symulatora QASM. 

Co ciekawe, porównałem lokalne instalacje symulatorów z symulatorem MIMIQ-Circ hostowanym w chmurze. Stawiało to MIMIQ-Circ w wyraźnie niekorzystnej sytuacji, ponieważ dane musiały przesyłać dane w obie strony przez Internet. 

Przetestowałem symulatory w porównaniu z obwodami QPE i HHL, które są jednymi z najgłębszych obwodów kwantowych, jakie można znaleźć. W najmniejszych skalach wdrożenia lokalne były szybsze. Ale gdy zwiększyłem liczbę kubitów, MIMIQ-Circ stał się szybszy nawet przy problemach z Internetem. 

Aby pokazać, jak szybko dzieje się to w przypadku QPE, użyłem wodoru molekularnego, który jest najmniejszą możliwą cząsteczką, jaką możemy zastosować. Aby dokonać dokładnych obliczeń, potrzebujemy dziewięciu kubitów. A przy dziewięciu kubitach MIMIQ-Circ w chmurze był już szybszy niż lokalne symulatory. W przypadku HHL firma MIMIQ-Circ powiązała lokalny symulator z 15 kubitami i przekroczyła go przy 16 kubitach.

MIMIQ-Circ jest na tyle wydajny, że nawet przy opóźnieniach sieci przewyższa lokalne symulatory. Co ważne, wyniki MIMIQ-Cirq jakościowo odpowiadają lokalnym symulatorom, budując pewność, że to rzeczywiście działa.

Symulacja MPS

Jest to symulator sieci tensorowej, który podobno może symulować setki kubitów. Ale nie można tego zrobić nigdzie indziej, więc nie mam tak dużych obwodów kwantowych, które po prostu leżą. Na szczęście łatwo jest zbudować masywny obwód za pomocą podprogramu zwanego testem SWAP. Zbudowałem więc duży obwód, uruchomiłem go, powiększyłem i uruchomiłem ponownie, aż w końcu MIMIQ-Circ się zepsuł.

MIMIQ-Circ przetworzył obwód o wielkości 1401 kubitów w niecałe 6 minut. 

Gdzieś pomiędzy 1401 a 1421 kubitami i od 700 do 710 kontrolowanych bramek SWAP, MIMIQ-Circ wreszcie zaczyna zwracać błędy czasu wykonania. To prawie 1400 kubitów więcej, niż jest w stanie obsłużyć przeciętny symulator komputera kwantowego.

Co ważne, w małych skalach wyniki MIMIQ-Circ jakościowo odpowiadają lokalnym symulatorom. Niestety inne symulatory nie skalują się zbyt daleko. Jednakże test SWAP jest łatwy do zweryfikowania i MIMIQ-Circ wydaje się radzić sobie znacznie lepiej w dużych skalach niż inne symulatory w małych skalach.

Symulacja lokalna a opóźnienie sieci

Aby rozwiązać problem opóźnień w sieci, czyli konieczność przesyłania danych w obie strony przez Internet, QPerfect twierdzi, że pracuje nad zadaniami wsadowymi, obsługą algorytmów wariacyjnych i lokalnym symulatorem wektorów stanu o wielkości 20 kubitów. Z tego, co widziałem, lokalny symulator powinien wygodnie przewyższać inne lokalne alternatywy. Jako bonus nie będziesz musiał przesyłać swoich danych przez Internet, na co i tak nie każdy ma ochotę. 

Wnioski

MIMIQ-Circ powinien być w stanie symulować każdy obwód kwantowy, który możemy uruchomić na każdym istniejącym obecnie komputerze kwantowym, w tym na dwóch ponad 1000 procesorach, które nie są publicznie dostępne. W rzeczywistości MIMIQ-Circ ma dwie główne zalety w porównaniu z tymi procesorami:

1. Nie ma hałasu. W przypadku braku kwantowej korekcji błędów, której nie mamy w produkcji, MIMIQ-Circ powinien być jakościowo lepszy od ponad 1000 procesorów.
2. MIMIQ-Circ zapewnia łączność kubitową typu „wszystko ze wszystkimi”. Chociaż jeden z ponad 1000 procesorów ma potencjał do zapewnienia łączności typu „wszystko ze wszystkimi”, nie zostało to potwierdzone, a drugi zdecydowanie nie.

Chociaż skupiłem się na testach obciążeniowych MIMIQ-Circ, ważne jest, aby powtórzyć, że jego wyniki są jakościowo zgodne z wynikami lokalnych symulatorów. W najmniejszych skalach, w których mogą działać inne symulatory, łatwo jest potwierdzić, że MIMIQ-Circ działa. Na dużą skalę wyniki testu SWAP są obiecujące. MIMIQ-Circ wydaje się być szybki, dokładny i niezrównany.

Briana N. Siegelwaxa jest niezależnym projektantem algorytmów kwantowych i niezależnym pisarzem Wewnątrz technologii kwantowej. Znany jest ze swojego wkładu w dziedzinie obliczeń kwantowych, szczególnie w projektowaniu algorytmów kwantowych. Ocenił liczne platformy, platformy i narzędzia obliczeń kwantowych, a swoimi spostrzeżeniami i ustaleniami podzielił się w swoich pismach. Siegelwax jest także autorem i autorem książek, takich jak „Dungeons & Qubits” i „Choose Your Own Quantum Adventure”. Regularnie pisze na Medium na różne tematy związane z obliczeniami kwantowymi. Jego praca obejmuje praktyczne zastosowania obliczeń kwantowych, recenzje produktów do obliczeń kwantowych i dyskusje na temat koncepcji obliczeń kwantowych.

Kategorie:
informatyka kwantowa, Badania naukowe, oprogramowanie

tagi:
Briana Siegelwaxa, MIMIQ-Circ, QIdealny

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/quantum-simulator-leap-looking-at-mimiq-circ-by-qperfect/