Quantum Simulator การมองแบบก้าวกระโดดที่ MIMIQ-Circ โดย QPerfect - เทคโนโลยีควอนตัมภายใน

เมื่อไม่กี่ปีก่อน เครื่องจำลองคอมพิวเตอร์ควอนตัมมีจำกัด บนแล็ปท็อป บางทีคุณอาจจำลองได้ประมาณ 10 คิวบิต บางทีคุณอาจจำลองได้ประมาณ 20 ครั้งผ่านระบบคลาวด์ อัลกอริธึมที่มีจำนวนควิบิตต่ำเหล่านี้อาจใช้เวลาหลายชั่วโมงในการประมวลผล ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสิ่งที่คุณใช้งานอยู่ อันที่จริง ฉันค้นพบขีดจำกัดรันไทม์ 10,000 วินาทีของเครื่องจำลองระบบคลาวด์ขณะใช้งานเพียงประมาณ 20 คิวบิตเท่านั้น ฉันรอ 2.75 ชั่วโมงเพื่อรับข้อความแสดงข้อผิดพลาดในตอนท้าย

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา คอมพิวเตอร์ควอนตัมได้รับการปรับปรุงอย่างมาก แต่ก็มีเครื่องจำลองด้วยเช่นกัน ฉันยังไม่ได้ทดสอบทั้งหมด แต่เป็นเรื่องปกติที่จะพบว่ามีความสามารถในการจำลอง 30-40 คิวบิต นอกจากนี้เรายังได้เห็นการเพิ่มขึ้นของเครื่องจำลอง ซึ่งเป็นเครื่องจำลองที่มีแบบจำลองสัญญาณรบกวนที่เลียนแบบคอมพิวเตอร์ควอนตัมบางประเภท หรือแม้แต่คอมพิวเตอร์ควอนตัมเฉพาะเจาะจง

เมื่อเร็วๆ นี้ เราได้เห็นการเติบโตในการใช้เครือข่ายเทนเซอร์ ตัวแก้ปัญหาแบบคลาสสิกเหล่านี้สามารถอ้างสิทธิ์ในการจำลองมากกว่า 100 คิวบิต เอาล่ะมาถึงแล้ว คิวเพอร์เฟคซึ่งอ้างว่าพวกเขา MIMIQ-Circ ครอบครัว เครื่องจำลองสามารถรองรับคิวบิตได้หลายร้อยคิวบิต บางทีอาจสูงถึงสองสามพันคิวบิต ฉันได้รับอนุญาตให้เข้าถึงได้ในช่วงสั้นๆ และฉันใช้เวลานี้เพื่อทดสอบคำกล่าวอ้างของพวกเขา

MIMIQ-Circ โดย QPerfect

ความท้าทายของการจำลองคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบดั้งเดิมคือแต่ละคิวบิตที่พันกันที่เราเพิ่มจะเพิ่มจำนวนหน่วยความจำเป็นสองเท่าที่เราต้องใช้เพื่อเป็นตัวแทนของระบบควอนตัม วิธีหนึ่งในการลดความต้องการหน่วยความจำโดยรวมคือการอธิบายระบบไม่ครบถ้วน ความต้องการหน่วยความจำยังคงเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ แต่จำนวนที่น้อยกว่าก็เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า อีกวิธีหนึ่งในการจำลองคิวบิตเพิ่มเติมคือการจำกัดการดำเนินการที่สามารถนำมาใช้ได้ เช่นเดียวกับกรณีของเครื่องจำลอง Clifford ซึ่งสามารถจำลองได้หลายพันคิวบิต 

MIMIQ-Circ ปฏิบัติตามแนวทางแรก โดยใช้พื้นที่สถานะบางส่วนพร้อมชุดการดำเนินการเต็มรูปแบบ จำนวนคิวบิตไม่สูงเท่ากับเครื่องจำลอง Clifford แต่ก็สูงกว่าเครื่องจำลองอื่นๆ มาก 

MIMIQ-Circ จริงๆ แล้วเป็นตระกูลเครื่องจำลองขนาดเล็ก: เครื่องจำลอง statevector และเครื่องจำลอง MPS

การจำลองเวกเตอร์สถานะ

ในช่วงทดลองใช้งานปัจจุบัน QPerfect กำลังจำกัดโปรแกรมจำลอง statevector ไว้ที่ 32 qubits และจำกัดช็อตที่ 216. จริงๆ แล้วมันไม่ได้ส่งคืน statevector ซึ่งแสดงถึงสถานะของ qubits ก่อนการวัด แต่นั่นอยู่ในไปป์ไลน์และมีวิธีรับมันในระหว่างนี้ ในตอนนี้ จะส่งคืนการสุ่มตัวอย่างเป็นการนับ เหมือนกับว่าคุณกำลังใช้เครื่องจำลอง QASM 

สิ่งที่น่าสนใจคือฉันเปรียบเทียบการติดตั้งเครื่องจำลองในเครื่องกับเครื่องจำลอง MIMIQ-Circ ที่โฮสต์บนคลาวด์ สิ่งนี้ทำให้ MIMIQ-Circ เสียเปรียบอย่างเห็นได้ชัด เนื่องจากข้อมูลต้องเดินทางไปกลับผ่านทางอินเทอร์เน็ต 

ฉันทดสอบเครื่องจำลองกับวงจร QPE และ HHL ซึ่งเป็นวงจรควอนตัมที่ลึกที่สุดบางส่วนที่คุณจะพบ ในระดับที่เล็กที่สุด การใช้งานในท้องถิ่นก็เร็วขึ้น แต่เมื่อฉันเพิ่มจำนวน qubit MIMIQ-Circ ก็เร็วขึ้นแม้จะมีปัญหาทางอินเทอร์เน็ตก็ตาม 

เพื่อแสดงให้คุณเห็นว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นได้เร็วแค่ไหนกับ QPE ฉันใช้โมเลกุลไฮโดรเจน ซึ่งเป็นโมเลกุลที่เล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ที่เราสามารถใช้ได้ เพื่อการคำนวณที่แม่นยำ เราจำเป็นต้องมีคิวบิตทั้งหมดเก้าบิต และด้วยคิวบิตทั้งหมดเก้ารายการ MIMIQ-Circ บนคลาวด์จึงเร็วกว่าเครื่องจำลองในเครื่องอยู่แล้ว เมื่อใช้ HHL MIMIQ-Circ จะผูกเครื่องจำลองในตัวเครื่องไว้ที่ 15 คิวบิต และเหนือกว่าที่ 16 คิวบิต

MIMIQ-Circ มีประสิทธิภาพเพียงพอที่แม้จะมีเวลาแฝงของเครือข่าย แต่ก็สามารถแซงหน้าเครื่องจำลองในเครื่องได้ ที่สำคัญ ผลลัพธ์ของ MIMIQ-Cirq นั้นตรงกับเครื่องจำลองในพื้นที่ ซึ่งสร้างความมั่นใจว่าใช้งานได้จริง

การจำลอง MPS

นี่คือเครื่องจำลองเครือข่ายเทนเซอร์ที่สามารถจำลองคิวบิตได้หลายร้อยคิวบิต แต่คุณไม่สามารถทำอย่างนั้นที่อื่นได้ ดังนั้นฉันจึงไม่มีวงจรควอนตัมที่ใหญ่โตแค่วางอยู่เฉยๆ โชคดีที่คุณสามารถสร้างวงจรขนาดใหญ่ได้อย่างง่ายดายโดยใช้รูทีนย่อยที่เรียกว่า SWAP Test ดังนั้นฉันจึงสร้างวงจรขนาดใหญ่ วิ่งมัน ขยายขนาด และวิ่งอีกครั้งจนกระทั่ง MIMIQ-Circ พังในที่สุด

MIMIQ-Circ ประมวลผลวงจร 1401-qubit ในเวลาเพียงไม่ถึง 6 นาที 

ที่ไหนสักแห่งระหว่าง 1401 ถึง 1421 qubits โดยมีเกต SWAP ที่ควบคุมระหว่าง 700 ถึง 710 ในที่สุด MIMIQ-Circ ก็เริ่มส่งคืนข้อผิดพลาดรันไทม์ในที่สุด ซึ่งมากกว่าที่เครื่องจำลองคอมพิวเตอร์ควอนตัมทั่วไปของคุณสามารถรองรับได้เกือบ 1400 คิวบิต

ที่สำคัญ ในขนาดเล็ก ผลลัพธ์ของ MIMIQ-Circ จะตรงกับเครื่องจำลองในพื้นที่ น่าเสียดายที่เครื่องจำลองอื่นๆ ไม่สามารถขยายขนาดได้ไกลนัก อย่างไรก็ตาม การทดสอบ SWAP นั้นง่ายต่อการตรวจสอบ และดูเหมือนว่า MIMIQ-Circ จะรองรับในสเกลขนาดใหญ่ได้ดีกว่าเครื่องจำลองอื่นๆ ในสเกลขนาดเล็ก

การจำลองท้องถิ่นเทียบกับเวลาแฝงของเครือข่าย

เพื่อแก้ปัญหาเวลาแฝงของเครือข่าย ซึ่งเป็นจุดที่คุณต้องส่งข้อมูลไปกลับผ่านอินเทอร์เน็ต QPerfect กล่าวว่าพวกเขากำลังทำงานกับงานแบบแบตช์ การสนับสนุนอัลกอริธึมแบบแปรผัน และเครื่องจำลองเวกเตอร์สถานะ 20 คิวบิตในเครื่อง จากสิ่งที่ฉันได้เห็น เครื่องจำลองในพื้นที่ควรจะมีประสิทธิภาพเหนือกว่าทางเลือกอื่นในท้องถิ่นอย่างสะดวกสบาย โบนัสอีกอย่างคือ คุณจะไม่ต้องส่งข้อมูลของคุณผ่านอินเทอร์เน็ต ซึ่งไม่ใช่ทุกคนที่ต้องการทำเช่นนั้น 

สรุป

MIMIQ-Circ ควรจะจำลองวงจรควอนตัมทุกวงจรที่เราสามารถทำได้บนคอมพิวเตอร์ควอนตัมทุกเครื่องที่มีอยู่ในปัจจุบัน รวมถึงโปรเซสเซอร์มากกว่า 1000 ตัวสองตัวที่ไม่เปิดเผยต่อสาธารณะ ในความเป็นจริง MIMIQ-Circ มีข้อได้เปรียบที่สำคัญสองประการเหนือโปรเซสเซอร์เหล่านี้:

1. ไม่มีเสียงรบกวน ในกรณีที่ไม่มีการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมซึ่งเราไม่มีในการผลิต MIMIQ-Circ น่าจะมีคุณภาพดีกว่าโปรเซสเซอร์ 1000+ ตัว
2. MIMIQ-Circ มีการเชื่อมต่อ qubit แบบ all-to-all แม้ว่าโปรเซสเซอร์ตัวใดตัวหนึ่งจากกว่า 1000 ตัวจะมีศักยภาพในการเชื่อมต่อแบบ all-to-all แต่ก็ยังไม่ได้รับการยืนยัน และอีกตัวหนึ่งก็ไม่ได้รับการยืนยันอย่างแน่นอน

แม้ว่าฉันจะมุ่งเน้นไปที่การทดสอบความเครียด MIMIQ-Circ แต่สิ่งสำคัญคือต้องย้ำว่าผลลัพธ์ของมันนั้นเทียบเคียงในเชิงคุณภาพกับผลลัพธ์ของเครื่องจำลองในพื้นที่ ด้วยขนาดที่เล็กที่สุดที่เครื่องจำลองอื่นๆ สามารถทำงานได้ เป็นเรื่องง่ายที่จะยืนยันได้ว่า MIMIQ-Circ ทำงาน และในวงกว้าง ผลลัพธ์ของการทดสอบ SWAP ก็มีแนวโน้มที่ดี MIMIQ-Circ ดูเหมือนจะรวดเร็ว แม่นยำ และอยู่ในระดับเดียวกัน

ไบรอัน เอ็น. ซีเกลแวกซ์ เป็นผู้ออกแบบอัลกอริทึมควอนตัมอิสระและเป็นนักเขียนอิสระให้กับ ภายในเทคโนโลยีควอนตัม. เขาเป็นที่รู้จักจากผลงานของเขาในด้านการคำนวณควอนตัม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการออกแบบอัลกอริทึมควอนตัม เขาได้ประเมินเฟรมเวิร์ก แพลตฟอร์ม และยูทิลิตี้การประมวลผลควอนตัมมากมาย และได้แบ่งปันข้อมูลเชิงลึกและข้อค้นพบผ่านงานเขียนของเขา Siegelwax ยังเป็นนักเขียนและได้เขียนหนังสือเช่น "Dungeons & Qubits" และ "Choose Your Own Quantum Adventure" เขาเขียนบน Medium เป็นประจำเกี่ยวกับหัวข้อต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการคำนวณควอนตัม งานของเขาประกอบด้วยการประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมในทางปฏิบัติ การทบทวนผลิตภัณฑ์คอมพิวเตอร์ควอนตัม และการอภิปรายเกี่ยวกับแนวคิดคอมพิวเตอร์ควอนตัม

หมวดหมู่:
การคำนวณควอนตัม, การวิจัย, ซอฟต์แวร์

คีย์เวิร์ด:
ไบรอัน ซีเกลแว็กซ์, MIMIQ-Circ, คิวเพอร์เฟค

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai เพิ่มพลังให้กับตัวเอง เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตไอสตรีม. Web3 อัจฉริยะ ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตESG. คาร์บอน, คลีนเทค, พลังงาน, สิ่งแวดล้อม แสงอาทิตย์, การจัดการของเสีย. เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตสุขภาพ เทคโนโลยีชีวภาพและข่าวกรองการทดลองทางคลินิก เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/quantum-simulator-leap-looking-at-mimiq-circ-by-qperfect/