Квантовый симулятор: взгляд на MIMIQ-Circ от QPerfect – Inside Quantum Technology

Несколько лет назад возможности квантовых компьютерных симуляторов были весьма ограничены. На ноутбуке вы могли бы смоделировать около 10 кубитов. Через облако, возможно, вы могли бы смоделировать около 20. В зависимости от того, что вы запускали, обработка алгоритмов с таким низким количеством кубитов уже могла занять несколько часов. Фактически, я обнаружил ограничение времени выполнения облачного симулятора в 10,000 20 секунд при использовании всего около 2.75 кубитов. Я ждал XNUMX часа, чтобы в конце получить сообщение об ошибке.

За прошедшие годы квантовые компьютеры значительно улучшились, как и их симуляторы. Я не тестировал их все, но часто можно встретить заявления о возможностях моделирования 30-40 кубитов. Мы также наблюдаем рост популярности эмуляторов, которые представляют собой симуляторы с моделями шума, имитирующими определенные типы квантовых компьютеров или даже определенные квантовые компьютеры.

Совсем недавно мы стали наблюдать рост использования тензорных сетей. Эти классические решатели могут утверждать, что моделируют более 100 кубитов. Теперь вот идет QИдеальный, который претендует на свою MIMIQ-Circ семья симуляторов могут обрабатывать многие сотни кубитов, возможно, до пары тысяч кубитов. Мне на короткое время был предоставлен доступ, и я использовал это время, чтобы проверить их утверждения.

MIMIQ-Circ от QPerfect

Проблема классического моделирования квантовых компьютеров заключается в том, что каждый добавленный запутанный кубит удваивает объем памяти, необходимый нам для представления квантовой системы. Один из способов снизить общие требования к памяти — не описывать систему полностью. Потребность в памяти по-прежнему растет в геометрической прогрессии, но меньшие цифры удваиваются. Другой способ смоделировать большее количество кубитов — ограничить количество операций, которые могут быть реализованы, как в случае с симулятором Клиффорда, который может моделировать несколько тысяч кубитов. 

MIMIQ-Circ следует первому подходу, используя частичное пространство состояний с полным набором операций. Количество кубитов не такое большое, как у симулятора Клиффорда, но намного больше, чем у других симуляторов. 

MIMIQ-Circ на самом деле представляет собой небольшое семейство симуляторов: симулятор вектора состояния и симулятор MPS.

Государственно-векторное моделирование

В течение текущего пробного периода QPerfect ограничивает свой симулятор вектора состояния только 32 кубитами и ограничением количества кадров в 2.16. На самом деле он не возвращает вектор состояния, который представляет состояние кубитов до измерения, но он находится в стадии разработки, и тем временем есть способ получить его. На данный момент он возвращает выборку в виде счетчиков, как если бы вы использовали симулятор QASM. 

Что интересно, я сравнил локальные установки симуляторов с облачным симулятором MIMIQ-Circ. Это поставило MIMIQ-Circ в явно невыгодное положение, поскольку данные должны были проходить через Интернет туда и обратно. 

Я протестировал симуляторы на схемах QPE и HHL, которые являются одними из самых глубоких квантовых схем, которые вы можете найти. В минимальных масштабах локальные реализации были быстрее. Но когда я увеличил количество кубитов, MIMIQ-Circ стал быстрее, даже несмотря на проблемы с Интернетом. 

Чтобы показать вам, как быстро это происходит при использовании QPE, я использовал молекулярный водород — наименьшую из возможных молекул, которые мы можем использовать. Для точного расчета нам понадобится всего девять кубитов. А имея всего девять кубитов, MIMIQ-Circ в облаке уже был быстрее, чем локальные симуляторы. С помощью HHL MIMIQ-Circ сравнял локальный симулятор с 15 кубитами и превзошел его с 16 кубитами.

MIMIQ-Circ достаточно эффективен, чтобы даже с задержкой в ​​сети обгонять локальные симуляторы. Важно отметить, что результаты MIMIQ-Cirq качественно соответствуют местным симуляторам, что вселяет уверенность в том, что он действительно работает.

Моделирование MPS

Это симулятор тензорной сети, который предположительно может моделировать сотни кубитов. Но вы не можете сделать это где-либо еще, поэтому у меня нет таких больших квантовых схем, которые просто валяются повсюду. К счастью, можно легко построить массивную схему, используя подпрограмму под названием SWAP Test. Итак, я построил большую схему, запустил ее, масштабировал и запускал снова, пока MIMIQ-Circ наконец не сломался.

MIMIQ-Circ обработал схему из 1401 кубита менее чем за 6 минут. 

Где-то между 1401 и 1421 кубитами и где-то между 700 и 710 вентилями управляемой подкачки MIMIQ-Circ наконец начинает возвращать ошибки времени выполнения. Это почти на 1400 кубитов больше, чем может обработать ваш средний симулятор квантового компьютера.

Важно отметить, что в небольших масштабах результаты MIMIQ-Circ качественно соответствуют местным симуляторам. К сожалению, другие симуляторы не очень масштабируются. Тем не менее, тест SWAP легко проверить, и MIMIQ-Circ, кажется, работает намного лучше в больших масштабах, чем другие симуляторы в малых масштабах.

Локальное моделирование против задержки в сети

Чтобы решить проблему задержки в сети, когда вам приходится отправлять данные туда и обратно через Интернет, в QPerfect заявили, что они работают над пакетными заданиями, поддержкой вариационных алгоритмов и локальным 20-кубитным симулятором вектора состояния. Судя по тому, что я видел, местный симулятор должен значительно превосходить другие локальные альтернативы. В качестве бонуса вам не придется отправлять свои данные через Интернет, что и так не всем хочется делать. 

Заключение

MIMIQ-Circ должен быть в состоянии моделировать каждую квантовую схему, которую мы можем запустить на каждом существующем сегодня квантовом компьютере, включая два более чем 1000 процессоров, которые не являются общедоступными. Фактически MIMIQ-Circ имеет два основных преимущества перед этими процессорами:

1. Шума нет. В отсутствие квантовой коррекции ошибок, которой у нас нет в производстве, MIMIQ-Circ должен быть качественно лучше процессоров 1000+.
2. MIMIQ-Circ имеет полную связь между кубитами. Хотя один из более чем 1000 процессоров имеет потенциал для комплексного подключения, это не подтверждено, а другой определенно нет.

Хотя я сосредоточился на стресс-тестировании MIMIQ-Circ, важно еще раз подчеркнуть, что его результаты качественно совпали с результатами местных симуляторов. В самых маленьких масштабах, где могут работать другие симуляторы, легко убедиться, что MIMIQ-Circ работает. И в большом масштабе результаты SWAP Test являются многообещающими. MIMIQ-Circ кажется быстрым, точным и уникальным.

Брайан Н. Сигелвакс — независимый разработчик квантовых алгоритмов и писатель-фрилансер для Внутри квантовой технологии. Он известен своим вкладом в область квантовых вычислений, особенно в разработку квантовых алгоритмов. Он оценил многочисленные структуры, платформы и утилиты квантовых вычислений и поделился своими идеями и выводами в своих трудах. Сигельвакс также является автором и написал такие книги, как «Подземелья и кубиты» и «Выбери свое квантовое приключение». Он регулярно пишет на Medium на различные темы, связанные с квантовыми вычислениями. Его работа включает в себя практическое применение квантовых вычислений, обзоры продуктов квантовых вычислений и обсуждения концепций квантовых вычислений.

Категории:
квантовые вычисления, исследованиям, программное обеспечение

Теги:
Брайан Сигелвакс, MIMIQ-Circ, QИдеальный

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/quantum-simulator-leap-looking-at-mimiq-circ-by-qperfect/