Sinteza eficientă a circuitelor cuantice masive - O privire de ansamblu asupra sistemului Classiq - Inside Quantum Technology

Platforma Classiq oferă modalități simple de a sintetiza circuite cuantice masive pentru algoritmi complecși. De fapt, puteți sintetiza rapid și ușor circuite atât de masive încât computerul cuantic țintă va returna o eroare. S-ar putea să nu returneze atât de profund „zgomotul” de la circuitele de rulare, dar erorile indică faptul că aceste circuite nu pot funcționa deloc.

Problema are trei niveluri. Chiar și cu circuite cuantice mici, fiecare operație introduce o șansă de eroare. Pe măsură ce erorile se acumulează, rezultatele devin rapid inutile. Pe măsură ce circuitele devin mai mari, riscați să atingeți limitele cât timp poate fi menținută informația cuantică, ceea ce înseamnă că un algoritm nu are timp să fie finalizat. Imaginați-vă că doriți să vizionați un videoclip YouTube de 20 de minute cu doar 5 minute de viață a bateriei; nu o poți face. Nu poți conecta computerul cuantic și nici nu poți reîncărca și continua; pur și simplu nu poți rula întregul algoritm la timp. Și pe măsură ce circuitele devin de-a dreptul masive, există adesea un mesaj de eroare menționat mai sus care indică faptul că sistemul de control nici măcar nu va încerca să execute algoritmul.

Echipa Classiq pare să sugereze acum că platforma nu numai că sintetizează circuite masive, ci și că o face mai eficient decât Qiskit, cel mai popular cadru de calcul cuantic. Această afirmație este importantă din patru motive: 1) circuitele mai puțin adânci se execută mai repede decât circuitele mai profunde, 2) timpii de rulare mai rapidi pot economisi semnificativ costurile atunci când facturarea se bazează pe timpul de rulare, 3) mai puține operațiuni înseamnă mai puține erori care necesită corectare și 4) ca computere cuantice matur și poate rula algoritmi mai mari, circuitele mai mici vor deveni mai întâi utile.

Există o Classiq caiet care compară Platforma Classiq cu Qiskit folosind algoritmul HHL. Dacă vrem să vedem diferențe de eficiență, algoritmul HHL este suficient de masiv pentru a evidenția acele diferențe.

Algoritmul HHL

Algoritmul Harrow–Hassidim–Lloyd, sau algoritmul HHL, promite să rezolve sisteme de ecuații liniare cu o accelerare exponențială față de cei mai cunoscuți algoritmi clasici. Aceste ecuații se bucură de aplicabilitate pe scară largă în știință și inginerie.

Problema este că circuitele HHL, chiar și cu cele mai mici probleme de jucărie, sunt incredibil de adânci. Dacă doriți să demonstrați circuitele care returnează erori în loc de rezultate pe computerele cuantice actuale, acesta este algoritmul cu care să încercați asta. 

Notebook-ul Classiq

Ne uităm la cele trei valori cheie: fidelitate, adâncimea circuitului și numărul CX. Fidelitatea este cât de aproape este rezultatul de o soluție exactă; din cauza dimensiunii circuitelor, totul trebuie calculat clasic. Adâncimea circuitului indică câți pași de timp sunt necesari pentru a implementa toate operațiunile, împingând sau depășind limitele calculatoarelor cuantice actuale. Numărările CX indică numărul de operațiuni multi-qubit, deoarece acestea sunt în mod excepțional predispuse la erori.

Circuitul Classiq arată o fidelitate mai bună, cu mult mai puțină adâncime a circuitului și mult mai puține operațiuni CX. Deși este încă prea masiv pentru a rula, este mult mai aproape de a fi util decât circuitul lui Qiskit. Foarte important, fidelitatea calculată în mod clasic evidențiază faptul că circuitul lui Classiq nu este doar mai mic, ci că, de fapt, este încă conceput pentru a rezolva problema selectată la această dimensiune redusă. 

Scepticismul natural

Problema cu încrederea în notebook-ul lui Classiq este că echipa Classiq nu numai că oferă propria soluție, dar oferă și soluția Qiskit. Ei, evident, doresc ca Platforma Classiq să arate bine, așa că este important să-și verifice afirmația împotriva unei implementări a HHL care utilizează Qiskit, dar care nu a fost dezvoltată de echipa Classiq. 

Caietul lui Qiskit

Cea mai ușor de găsit implementare este Tutorialul HHL al lui Qiskit, care permite rezolvarea problemei lui Classiq folosind codul echipei Qiskit. Acest notebook include două abordări, una care generează circuite mai mari, dar este mai precisă și una care generează circuite mai mici prin sacrificarea preciziei. 

Nu numai că circuitul Classiq este semnificativ mai mic decât toate cele trei circuite Qiskit, dar necesită și un qubit mai puțin decât circuitele Naive și Tridi ale Qiskit. 

Datorită fidelității lor ridicate, implementarea Qiskit de la Classiq este mai bună în comparație cu implementarea Qiskit Naive decât implementarea Qiskit Tridi. Chiar dacă numărul CX este cu 25% mai mare, adâncimea circuitului este cu 70% mai mică folosind un qubit mai puțin. Dacă am avea astăzi calculatoare cuantice corectate de erori, aceasta înseamnă că implementarea Qiskit de la Classiq ar rula mai rapid și ar implica costuri de acces hardware mai mici decât implementarea de înaltă fidelitate a lui Qiskit.

Concluzie: Classiq rezistă

Cel puțin pentru acest caz specific, afirmația lui Classiq este valabilă. Nu numai că HHL este ușor de implementat, dar diferența de dimensiune a circuitului este substanțială. Circuitul lui Classiq nu numai că va rula mai repede decât trei alternative Qiskit, ci va costa mai puțin prin IBM Quantum. Și pe măsură ce hardware-ul de calcul cuantic se îmbunătățește, implementarea Classiq va fi prima dintre cele patru care va deveni utilă.

Brian N. Siegelwax este un designer independent de algoritmi cuantici și un scriitor independent pentru În interiorul tehnologiei cuantice. El este cunoscut pentru contribuțiile sale în domeniul calculului cuantic, în special în proiectarea algoritmilor cuantici. El a evaluat numeroase cadre, platforme și utilități de calcul cuantic și și-a împărtășit cunoștințele și descoperirile prin scrierile sale. Siegelwax este, de asemenea, autor și a scris cărți precum „Dungeons & Qubits” și „Choose Your Own Quantum Adventure”. El scrie în mod regulat pe Medium despre diverse subiecte legate de calculul cuantic. Munca sa include aplicații practice ale calculului cuantic, recenzii ale produselor de calcul cuantic și discuții despre conceptele de calcul cuantic.

Categorii:
fotonică, cuantic calcul

Etichete:
Brian Siegelwax, Classiq, Qiskit, qubiti

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/efficient-synthesis-of-massive-quantum-circuits-an-overview-of-the-classiq-system/