Quantum Simulator Leap-Looking у MIMIQ-Circ від QPerfect – Inside Quantum Technology

Ще кілька років тому симулятори квантового комп’ютера були досить обмеженими. На ноутбуці, можливо, ви могли б змоделювати близько 10 кубітів. За допомогою хмари, можливо, ви могли б змоделювати близько 20. Залежно від того, що ви використовуєте, алгоритми з такою низькою кількістю кубітів уже можуть займати години для обробки. Насправді я виявив обмеження часу роботи хмарного симулятора в 10,000 20 секунд, використовуючи лише близько 2.75 кубітів. Я чекав XNUMX години, щоб отримати повідомлення про помилку в кінці.

З тих пір квантові комп’ютери значно вдосконалилися, але також і їхні симулятори. Я не тестував їх усіх, але зазвичай можна знайти твердження про можливості моделювання 30-40 кубітів. Ми також спостерігаємо зростання емуляторів, які є симуляторами, які мають моделі шуму, які імітують конкретні типи квантових комп’ютерів або навіть конкретні квантові комп’ютери.

Останнім часом ми спостерігаємо зростання використання тензорних мереж. Ці класичні розв’язувачі можуть симулювати понад 100 кубітів. Ось і йде QPerfect, яка стверджує їх MIMIQ-Circ сім'я Симулятори можуть обробляти багато сотень кубітів, можливо, до кількох тисяч кубітів. Мені ненадовго надали доступ, і я використав цей час, щоб перевірити їхні твердження.

MIMIQ-Circ, від QPerfect

Проблема класичного моделювання квантових комп’ютерів полягає в тому, що кожен заплутаний кубіт, який ми додаємо, подвоює обсяг пам’яті, який нам потрібен для представлення квантової системи. Один із способів зменшити загальну потребу в пам'яті - не повністю описувати систему. Вимоги до пам’яті все ще експоненціально зростають, але менші цифри подвоюються. Інший спосіб моделювання більшої кількості кубітів полягає в обмеженні операцій, які можна реалізувати, як у випадку з симулятором Clifford, який може симулювати кілька тисяч кубітів. 

MIMIQ-Circ дотримується першого підходу, використовуючи частковий простір станів із повним набором операцій. Кількість кубітів не така велика, як у симулятора Clifford, але вона набагато вища, ніж в інших симуляторах. 

MIMIQ-Circ — це фактично невелике сімейство симуляторів: симулятор вектора стану та симулятор MPS.

Моделювання вектора стану

Протягом поточного пробного періоду QPerfect обмежує свій симулятор вектора стану лише до 32 кубітів і обмеження 216. Насправді він не повертає вектор стану, який представляє стан кубітів до вимірювання, але це ще в процесі розробки, і тим часом є спосіб його отримати. Наразі він повертає вибірку як підрахунок, ніби ви використовуєте симулятор QASM. 

Що цікаво, я порівняв локальні інсталяції симуляторів із хмарним симулятором MIMIQ-Circ. Це поставило MIMIQ-Circ у відчутно невигідне становище, оскільки дані повинні були передаватись через Інтернет. 

Я протестував симулятори на схемах QPE і HHL, які є одними з найглибших квантових схем, які ви знайдете. У найменших масштабах локальні реалізації були швидшими. Але коли я збільшив кількість кубітів, MIMIQ-Circ став швидшим навіть із проблемою Інтернету. 

Щоб показати вам, як швидко це відбувається з QPE, я використав молекулярний водень, який є найменшою можливою молекулою, яку ми можемо використовувати. Щоб зробити точні розрахунки, нам потрібно всього дев’ять кубітів. І з дев’ятьма загальними кубітами MIMIQ-Circ у хмарі вже був швидшим за місцеві симулятори. Завдяки HHL MIMIQ-Circ вирівняв локальний симулятор на 15 кубітів і перевершив його на 16 кубітів.

MIMIQ-Circ достатньо ефективний, тому навіть із затримкою мережі він випереджає локальні симулятори. Важливо те, що результати MIMIQ-Cirq якісно відповідають місцевим симуляторам, створюючи впевненість у тому, що він дійсно працює.

Моделювання MPS

Це симулятор тензорної мережі, який нібито може імітувати сотні кубітів. Але ви не можете зробити це ніде в іншому місці, тому в мене немає таких великих квантових схем, які просто валяються. На щастя, легко побудувати масивну схему за допомогою підпрограми під назвою SWAP Test. Отже, я створив велику схему, запустив її, збільшив і запустив знову, поки MIMIQ-Circ остаточно не зламався.

MIMIQ-Circ обробив 1401-кубітну схему трохи менше ніж за 6 хвилин. 

Десь між 1401 і 1421 кубітом з десь між 700 і 710 контрольованими воротами SWAP MIMIQ-Circ нарешті починає повертати помилки виконання. Це майже на 1400 кубітів більше, ніж може впоратися звичайний симулятор квантового комп’ютера.

Важливо, що в малих масштабах результати MIMIQ-Circ якісно збігаються з місцевими симуляторами. На жаль, інші симулятори не надто масштабні. Однак тест SWAP легко перевірити, і MIMIQ-Circ, здається, витримує набагато краще у великих масштабах, ніж інші симулятори в малих масштабах.

Локальна симуляція проти затримки мережі

Щоб вирішити проблему затримки мережі, коли вам доводиться надсилати дані через Інтернет, QPerfect каже, що вони працюють над пакетними завданнями, підтримкою варіаційного алгоритму та локальним симулятором вектора стану 20-кубітів. З того, що я бачив, локальний симулятор повинен перевершувати інші місцеві альтернативи. Як бонус, вам не доведеться надсилати свої дані через Інтернет, що не всі хочуть робити. 

Висновок

MIMIQ-Circ має бути в змозі симулювати кожну квантову схему, яку ми можемо запустити на кожному квантовому комп’ютері, який існує сьогодні, включно з двома понад 1000 процесорами, які не є загальнодоступними. Насправді MIMIQ-Circ має дві основні переваги перед цими процесорами:

1. Шуму немає. За відсутності квантової корекції помилок, якої ми не маємо у виробництві, MIMIQ-Circ має бути якісніше кращим за 1000+ процесорів.
2. MIMIQ-Circ має підключення всіх до всіх кубітів. Незважаючи на те, що один із 1000+ процесорів має потенціал для підключення всіх до всіх, це не було підтверджено, а інший точно ні.

Хоча я зосередився на стрес-тестуванні MIMIQ-Circ, важливо повторити, що його результати якісно збігаються з результатами місцевих симуляторів. У найменших масштабах, де можуть працювати інші симулятори, легко підтвердити, що MIMIQ-Circ працює. У великому масштабі результати тесту SWAP є багатообіцяючими. MIMIQ-Circ здається швидким, точним і особливим.

Браян Н. Сігелвакс є незалежним розробником квантових алгоритмів і незалежним автором для Всередині квантової технології. Він відомий своїм внеском у галузь квантових обчислень, зокрема в розробку квантових алгоритмів. Він оцінив численні фреймворки, платформи та утиліти квантових обчислень і поділився своїми ідеями та висновками у своїх роботах. Сігельвакс також є автором і написав такі книги, як «Підземелля та кубіти» та «Вибери власну квантову пригоду». Він регулярно пише на Medium про різні теми, пов’язані з квантовими обчисленнями. Його робота включає практичне застосування квантових обчислень, огляди продуктів квантових обчислень та обговорення концепцій квантових обчислень.

Categories:
квантові обчислення, дослідження, програмне забезпечення

Ключові слова:
Браян Сігелвакс, MIMIQ-Circ, QPerfect

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/quantum-simulator-leap-looking-at-mimiq-circ-by-qperfect/