Quantum Simulator Leap-Looking na MIMIQ-Circ by QPerfect – Inside Quantum Technology

Pred nekaj leti so bili kvantni računalniški simulatorji precej omejeni. Na prenosnem računalniku bi morda lahko simulirali približno 10 kubitov. Prek oblaka bi jih morda lahko simulirali okoli 20. Odvisno od tega, kaj izvajate, lahko obdelava algoritmov s tem nizkim številom kubitov že traja več ur. Pravzaprav sem odkril 10,000-sekundno omejitev izvajalnega časa simulatorja oblaka, medtem ko uporabljam samo približno 20 kubitov. Čakal sem 2.75 ure, da sem na koncu dobil sporočilo o napaki.

V letih od takrat so se kvantni računalniki močno izboljšali, prav tako pa tudi njihovi simulatorji. Nisem jih preizkusil vseh, vendar je običajno najti trditve o zmožnostih simulacije 30-40 qubit. Videli smo tudi porast emulatorjev, ki so simulatorji, ki imajo modele šuma, ki posnemajo posebne vrste kvantnih računalnikov ali celo posebne kvantne računalnike.

V zadnjem času smo opazili rast uporabe tenzorskih mrež. Ti klasični reševalci lahko trdijo, da simulirajo več kot 100 kubitov. Zdaj prihaja QPerfect, ki trdi, da njihovo MIMIQ-Circ družina simulatorjev lahko obravnava več sto kubitov, morda do nekaj tisoč kubitov. Za kratek čas so mi odobrili dostop in ta čas sem izkoristil za preizkus njihovih trditev.

MIMIQ-Circ, avtor QPerfect

Izziv klasične simulacije kvantnih računalnikov je, da vsak zapleteni kubit, ki ga dodamo, podvoji količino pomnilnika, ki ga potrebujemo za predstavitev kvantnega sistema. Eden od načinov za zmanjšanje splošne zahteve po pomnilniku je, da sistema ne opišete v celoti. Zahteva po pomnilniku še vedno eksponentno raste, vendar se manjše številke podvajajo. Drug način za simulacijo več kubitov je omejitev operacij, ki jih je mogoče izvesti, kot je to v primeru simulatorja Clifford, ki lahko simulira več tisoč kubitov. 

MIMIQ-Circ sledi prvemu pristopu z uporabo delnega prostora stanj s celotnim nizom operacij. Število qubitov ni tako visoko kot Cliffordov simulator, vendar je veliko višje od drugih simulatorjev. 

MIMIQ-Circ je pravzaprav majhna družina simulatorjev: simulator vektorja stanja in simulator MPS.

Simulacija vektorja stanja

V trenutnem preskusnem obdobju QPerfect omejuje svoj simulator vektorja stanja na samo 32 kubitov in omejitev strela 216. Pravzaprav ne vrne vektorja stanja, ki predstavlja stanje kubitov pred merjenjem, vendar je to v pripravi in ​​obstaja način, da ga medtem dobite. Zaenkrat vrne vzorčenje kot štetje, kot da uporabljate simulator QASM. 

Zanimivo je, da sem lokalne namestitve simulatorjev primerjal s simulatorjem MIMIQ-Circ, ki gostuje v oblaku. To je MIMIQ-Circ postavilo v izrazito slabši položaj, ker so morali podatki krožiti prek interneta. 

Simulatorje sem preizkusil glede na vezja QPE in HHL, ki so nekatera najgloblja kvantna vezja, ki jih boste našli. V najmanjšem obsegu so bile lokalne implementacije hitrejše. Ko pa sem povečal število qubitov, je MIMIQ-Circ postal hitrejši tudi z internetno težavo. 

Da bi vam pokazal, kako hitro se to zgodi s QPE, sem uporabil molekularni vodik, ki je najmanjša možna molekula, ki jo lahko uporabimo. Za natančen izračun potrebujemo skupno devet kubitov. Z devetimi skupnimi kubiti je bil MIMIQ-Circ v oblaku že hitrejši od lokalnih simulatorjev. S HHL je MIMIQ-Circ izenačil lokalni simulator pri 15 kubitih in ga presegel pri 16 kubitih.

MIMIQ-Circ je dovolj učinkovit, da tudi z zakasnitvijo omrežja prehiti lokalne simulatorje. Pomembno je, da se rezultati MIMIQ-Cirq kvalitativno ujemajo z lokalnimi simulatorji, kar krepi zaupanje, da dejansko deluje.

MPS simulacija

To je simulator tenzorskega omrežja, ki domnevno lahko simulira na stotine kubitov. Toda tega ne morete storiti nikjer drugje, zato nimam tako velikih kvantnih vezij, ki bi kar ležala okoli. Na srečo je enostavno zgraditi masivno vezje z uporabo podprograma, imenovanega SWAP Test. Tako sem zgradil veliko vezje, ga zagnal, povečal in znova zagnal, dokler se MIMIQ-Circ končno ni pokvaril.

MIMIQ-Circ je obdelal 1401-kubitno vezje v manj kot 6 minutah. 

Nekje med 1401 in 1421 kubiti z nekje med 700 in 710 nadzorovanimi SWAP vrati MIMIQ-Circ končno začne vračati napake med izvajanjem. To je skoraj 1400 kubitov več, kot zmore vaš povprečni kvantni računalniški simulator.

Pomembno je, da se v majhnih merilih rezultati MIMIQ-Circ kvalitativno ujemajo z lokalnimi simulatorji. Na žalost drugi simulatorji ne dosegajo velikega obsega. Vendar pa je preizkus SWAP enostavno preveriti in zdi se, da MIMIQ-Circ zdrži veliko bolje na velikih lestvicah kot drugi simulatorji na majhnih lestvicah.

Lokalna simulacija proti zakasnitvi omrežja

Da bi rešili problem omrežne zakasnitve, kjer morate pošiljati podatke nazaj po internetu, je QPerfect dejal, da delajo na paketnih opravilih, podpori za variacijske algoritme in lokalnem 20-kubitnem simulatorju vektorja stanja. Glede na to, kar sem videl, bi moral lokalni simulator udobno prekašati druge lokalne alternative. Kot bonus vam ne bo treba pošiljati podatkov po internetu, česar si vsi ne želijo. 

zaključek

MIMIQ-Circ bi moral biti sposoben simulirati vsako kvantno vezje, ki ga morebiti lahko izvajamo na vsakem kvantnem računalniku, ki danes obstaja, vključno z dvema 1000+ procesorjema, ki nista javno dostopna. Pravzaprav ima MIMIQ-Circ dve veliki prednosti pred temi procesorji:

1. Ni hrupa. V odsotnosti kvantne korekcije napak, ki je nimamo v proizvodnji, bi moral biti MIMIQ-Circ kvalitativno boljši od 1000+ procesorjev.
2. MIMIQ-Circ ima povezljivost qubit all-to-all. Čeprav ima eden od več kot 1000 procesorjev potencial za povezljivost vseh z vsemi, to ni bilo potrjeno, drugi pa zagotovo ne.

Čeprav sem se osredotočil na stresno testiranje MIMIQ-Circ, je pomembno ponoviti, da so se njegovi rezultati kvalitativno ujemali z rezultati lokalnih simulatorjev. Na najmanjših lestvicah, kjer lahko delujejo drugi simulatorji, je enostavno potrditi, da MIMIQ-Circ deluje. In v velikem obsegu so rezultati testa SWAP obetavni. Zdi se, da je MIMIQ-Circ hiter, natančen in zaseben.

Brian N. Siegelwax je neodvisni oblikovalec kvantnih algoritmov in samostojni pisec za Znotraj kvantne tehnologije. Znan je po svojih prispevkih na področju kvantnega računalništva, zlasti pri načrtovanju kvantnih algoritmov. Ocenil je številna ogrodja, platforme in pripomočke kvantnega računalništva ter delil svoje vpoglede in ugotovitve v svojih delih. Siegelwax je tudi avtor in je napisal knjige, kot sta "Dungeons & Qubits" in "Choose Your Own Quantum Adventure". Na Medium redno piše o različnih temah, povezanih s kvantnim računalništvom. Njegovo delo vključuje praktične aplikacije kvantnega računalništva, preglede izdelkov kvantnega računalništva in razprave o konceptih kvantnega računalništva.

Kategorije:
kvantno računalništvo, Raziskave, programska oprema

Tags:
Brian Siegelwax, MIMIQ-Circ, QPerfect

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/quantum-simulator-leap-looking-at-mimiq-circ-by-qperfect/