Efektywna synteza masywnych obwodów kwantowych — przegląd systemu Classiq — wiedza o technologii kwantowej

Platforma Classiq oferuje proste sposoby syntezy masywnych obwodów kwantowych na potrzeby złożonych algorytmów. W rzeczywistości można szybko i łatwo zsyntetyzować obwody tak masywne, że docelowy komputer kwantowy zwróci błąd. Może nawet nie zwrócić „szumu” z obwodów działających tak głęboko, ale błędy wskazują, że obwody te w ogóle nie mogą działać.

Problem ma trzy poziomy. Nawet w przypadku małych obwodów kwantowych każda operacja stwarza ryzyko błędu. W miarę kumulowania się błędów wyniki szybko stają się bezużyteczne. W miarę powiększania się obwodów istnieje ryzyko osiągnięcia limitu czasu przechowywania informacji kwantowej, co oznacza, że ​​algorytm nie ma czasu na ukończenie. Wyobraź sobie, że chcesz obejrzeć 20-minutowy film w YouTube przy zaledwie 5 minutach pracy baterii; nie możesz tego zrobić. Nie możesz podłączyć komputera kwantowego, nie możesz go naładować i kontynuować; po prostu nie da się uruchomić całego algorytmu na czas. A ponieważ obwody stają się wręcz ogromne, często pojawia się wspomniany komunikat o błędzie wskazujący, że system sterowania nawet nie podejmie próby wykonania algorytmu.

Obecnie zespół Classiq wydaje się sugerować, że platforma nie tylko syntetyzuje masywne obwody, ale robi to wydajniej niż Qiskit, najpopularniejszy framework do obliczeń kwantowych. To stwierdzenie jest ważne z czterech powodów: 1) płytsze obwody działają szybciej niż głębsze obwody, 2) krótsze czasy działania mogą znacznie zaoszczędzić na kosztach, gdy rozliczenia opierają się na czasie działania, 3) mniej operacji oznacza mniej błędów wymagających korekty oraz 4) jako komputery kwantowe dojrzałe i mogą obsługiwać większe algorytmy, mniejsze obwody staną się przydatne w pierwszej kolejności.

Tam jest Klasyk notatnik który porównuje platformę Classiq z platformą Qiskit przy użyciu algorytmu HHL. Jeśli chcemy zobaczyć różnice w wydajności, algorytm HHL jest wystarczająco masywny, aby podkreślić te różnice.

Algorytm HHL

Algorytm Harrowa – Hassidima – Lloyda, czyli algorytm HHL, obiecuje rozwiązywać układy równań liniowych z wykładniczym przyspieszeniem w porównaniu z najbardziej znanymi algorytmami klasycznymi. Równania te cieszą się szerokim zastosowaniem w nauce i inżynierii.

Problem w tym, że obwody HHL, nawet przy najmniejszych problemach z zabawkami, są niesamowicie głębokie. Jeśli chcesz zademonstrować obwody zwracające błędy zamiast wyników na obecnych komputerach kwantowych, jest to algorytm, za pomocą którego możesz tego spróbować. 

Notatnik Classiq

Przyglądamy się trzem kluczowym metrykom: wierności, głębokości obwodu i liczbie CX. Wierność oznacza, jak blisko wyniku jest dokładne rozwiązanie; ze względu na wielkość obwodów wszystko należy obliczyć klasycznie. Głębokość obwodu wskazuje, ile kroków czasowych potrzeba do wykonania wszystkich operacji, przesuwając lub przekraczając ograniczenia obecnych komputerów kwantowych. Liczniki CX wskazują liczbę operacji na wielu kubitach, ponieważ są one wyjątkowo podatne na błędy.

Obwód Classiq charakteryzuje się lepszą wiernością przy znacznie mniejszej głębokości obwodu i znacznie mniejszej liczbie operacji CX. Chociaż jest wciąż zbyt masywny, aby go uruchomić, jest znacznie bliższy użyteczności niż obwód Qiskita. Co ważne, klasycznie obliczona wierność podkreśla, że ​​obwód Classiqa jest nie tylko mniejszy, ale w rzeczywistości nadal zaprojektowany tak, aby rozwiązać wybrany problem przy tak zmniejszonym rozmiarze. 

Naturalny sceptycyzm

Problem z zaufaniem do notebooka Classiq polega na tym, że zespół Classiq nie tylko dostarcza własne rozwiązanie, ale także dostarcza rozwiązanie firmy Qiskit. Oczywiście chcą, aby platforma Classiq wyglądała dobrze, dlatego ważne jest, aby zweryfikować swoje twierdzenia w odniesieniu do implementacji HHL korzystającej z Qiskit, która nie została opracowana przez zespół Classiq. 

Notatnik Qiskita

Najłatwiej znaleźć implementację Samouczek HHL firmy Qiskit, co umożliwia rozwiązanie problemu Classiq przy użyciu kodu zespołu Qiskit. W tym notebooku zastosowano dwa podejścia: jedno, które generuje większe obwody, ale jest dokładniejsze, i drugie, które generuje mniejsze obwody kosztem dokładności. 

Obwód Classiq jest nie tylko znacznie mniejszy niż wszystkie trzy obwody Qiskit, ale także wymaga o jeden kubit mniej niż obwody Naive i Tridi firmy Qiskit. 

Ze względu na wysoką wierność implementacja Qiskit firmy Classiq jest lepsza w porównaniu z implementacją Qiskit Naive niż implementacją Qiskit Tridi. Mimo że liczba CX jest o 25% większa, głębokość obwodu jest o 70% mniejsza przy użyciu jednego kubitu mniej. Gdybyśmy mieli dziś komputery kwantowe z korekcją błędów, oznaczałoby to, że implementacja Qiskit firmy Classiq działałaby szybciej i wiązałaby się z niższymi kosztami dostępu do sprzętu niż własna, wysokiej jakości implementacja Qiskit.

Wniosek: Classiq trzyma poziom

Przynajmniej w tym konkretnym przypadku twierdzenie Classiq jest aktualne. HHL jest nie tylko łatwy do wdrożenia, ale różnica w wielkości obwodu jest znaczna. Obwód Classiq będzie nie tylko działał szybciej niż trzy alternatywy Qiskit, ale będzie też tańszy dzięki IBM Quantum. W miarę udoskonalania sprzętu do obliczeń kwantowych implementacja Classiq będzie pierwszą z czterech, która stanie się użyteczna.

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:
fotonika, informatyka kwantowa

tagi:
Briana Siegelwaxa, Klasyk, Qiskit, kubity

• 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/efficient-synthesis-of-massive-quantum-circuits-an-overview-of-the-classiq-system/