By بريان سيجلواكس تاريخ النشر 22 مارس 2024
قبل بضع سنوات قليلة، كانت أجهزة محاكاة الكمبيوتر الكمومية محدودة للغاية. على جهاز كمبيوتر محمول، ربما يمكنك محاكاة حوالي 10 كيوبت. عبر السحابة، ربما يمكنك محاكاة حوالي 20. اعتمادًا على ما كنت تقوم بتشغيله، يمكن أن تستغرق الخوارزميات ذات أعداد البتات الكمومية المنخفضة هذه ساعات بالفعل للمعالجة. في الواقع، اكتشفت أن الحد الأقصى لوقت تشغيل جهاز محاكاة السحابة هو 10,000 ثانية أثناء استخدام حوالي 20 كيوبت فقط. انتظرت 2.75 ساعة فقط للحصول على رسالة خطأ في النهاية.
وفي السنوات التي تلت ذلك، تحسنت أجهزة الكمبيوتر الكمومية بشكل كبير، وكذلك تحسنت أجهزة محاكاةها. لم أختبرها جميعًا، ولكن من الشائع العثور على ادعاءات بقدرات محاكاة 30-40 كيوبت. لقد شهدنا أيضًا ظهور المحاكيات، وهي عبارة عن محاكيات تحتوي على نماذج ضوضاء تحاكي أنواعًا محددة من أجهزة الكمبيوتر الكمومية، أو حتى أجهزة كمبيوتر كمومية محددة.
وفي الآونة الأخيرة، شهدنا نموًا في استخدام شبكات الموتر. يمكن لهذه الحلول الكلاسيكية أن تدعي أنها تحاكي أكثر من 100 كيوبت. الآن، هنا يأتي كيو بيرفكت، الذي يدعي بهم ميميك-سيرك للعائلات يمكن لعدد من المحاكيات التعامل مع عدة مئات من الكيوبتات، وربما يصل إلى بضعة آلاف من الكيوبتات. لقد مُنحت حق الوصول لفترة وجيزة، واستخدمت هذه المرة لاختبار ادعاءاتهم.
MIMIQ-Circ، بواسطة QPerfect
التحدي المتمثل في المحاكاة الكلاسيكية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية هو أن كل كيوبت متشابك نضيفه يضاعف كمية الذاكرة التي نحتاجها لتمثيل النظام الكمي. إحدى الطرق لتقليل متطلبات الذاكرة الإجمالية هي عدم وصف النظام بشكل كامل. لا تزال متطلبات الذاكرة تنمو بشكل كبير، ولكن يتم مضاعفة الأعداد الأصغر. هناك طريقة أخرى لمحاكاة المزيد من الكيوبتات وهي تقييد العمليات التي يمكن تنفيذها، كما هو الحال مع محاكي كليفورد، الذي يمكنه محاكاة عدة آلاف من الكيوبتات.
يتبع MIMIQ-Circ النهج الأول، باستخدام مساحة حالة جزئية مع مجموعة كاملة من العمليات. عدد الكيوبتات ليس مرتفعًا مثل محاكي كليفورد، ولكنه أعلى بكثير من المحاكيات الأخرى.
MIMIQ-Circ هي في الواقع عائلة صغيرة من المحاكيات: محاكي ناقل الحالة ومحاكي MPS.
محاكاة ناقل الحالة
خلال الفترة التجريبية الحالية، تعمل شركة QPerfect على قصر محاكي ناقل الحالة الخاص بها على 32 كيوبت فقط وحد اللقطة الذي يبلغ 216. إنها في الواقع لا تُرجع ناقل الحالة، الذي يمثل حالة البتات الكمومية قبل القياس، ولكن هذا قيد الإعداد وهناك طريقة للحصول عليه في هذه الأثناء. في الوقت الحالي، تقوم بإرجاع عينة كأعداد، كما لو كنت تستخدم جهاز محاكاة QASM.
الأمر المثير للاهتمام هو أنني قمت بمقارنة التثبيتات المحلية لمحاكيات محاكاة MIMIQ-Circ المستضافة على السحابة. أدى هذا إلى وضع MIMIQ-Circ في وضع غير مؤات لأنه كان على البيانات إجراء رحلة ذهابًا وإيابًا عبر الإنترنت.
لقد اختبرت المحاكيات مقابل دوائر QPE وHHL، والتي تعد من أعمق الدوائر الكمومية التي ستجدها. على أصغر المستويات، كانت عمليات التنفيذ المحلية أسرع. ولكن مع زيادة عدد الكيوبتات، أصبح MIMIQ-Circ أسرع حتى مع مشكلة الإنترنت.
ولإظهار مدى سرعة حدوث ذلك مع QPE، استخدمت الهيدروجين الجزيئي، وهو أصغر جزيء ممكن يمكننا استخدامه. لإجراء حساب دقيق، نحتاج إلى تسعة كيوبتات إجمالية. ومع إجمالي تسعة كيوبتات، كان MIMIQ-Circ عبر السحابة أسرع بالفعل من أجهزة المحاكاة المحلية. مع HHL، ربطت MIMIQ-Circ جهاز محاكاة محليًا بـ 15 كيوبت وتجاوزته بـ 16 كيوبت.
يتميز MIMIQ-Circ بالكفاءة الكافية لدرجة أنه حتى مع زمن وصول الشبكة فإنه يتفوق على أجهزة المحاكاة المحلية. والأهم من ذلك، أن نتائج MIMIQ-Cirq تتطابق نوعيًا مع أجهزة المحاكاة المحلية، مما يعزز الثقة في أنها تعمل بالفعل.
محاكاة MPS
هذا هو جهاز محاكاة الشبكة الموتر الذي من المفترض أن يحاكي مئات الكيوبتات. لكن لا يمكنك فعل ذلك في أي مكان آخر، لذلك ليس لدي دوائر كمومية بهذا الحجم. لحسن الحظ، من السهل بناء دائرة ضخمة باستخدام روتين فرعي يسمى اختبار SWAP. لذلك، قمت ببناء دائرة كبيرة، وقمت بتشغيلها، وقمت بتوسيع نطاقها، وقمت بتشغيلها مرة أخرى حتى تعطلت MIMIQ-Circ أخيرًا.
قامت MIMIQ-Circ بمعالجة دائرة ذات 1401 كيوبت في أقل من 6 دقائق.
في مكان ما بين 1401 و1421 كيوبت مع ما بين 700 و710 بوابات قابلة للتحكم، يبدأ MIMIQ-Circ أخيرًا في إرجاع أخطاء وقت التشغيل. وهذا ما يقرب من 1400 كيوبت أكثر مما يستطيع جهاز محاكاة الكمبيوتر الكمي المتوسط التعامل معه.
والأهم من ذلك، على نطاقات صغيرة، أن نتائج MIMIQ-Circ تتطابق نوعيًا مع أجهزة المحاكاة المحلية. ولسوء الحظ، فإن أجهزة المحاكاة الأخرى لا تتوسع كثيرًا. ومع ذلك، من السهل التحقق من اختبار SWAP، ويبدو أن MIMIQ-Circ يصمد بشكل أفضل بكثير على المقاييس الكبيرة مقارنة بأجهزة المحاكاة الأخرى على المقاييس الصغيرة.
المحاكاة المحلية مقابل زمن انتقال الشبكة
لحل مشكلة زمن وصول الشبكة، حيث يتعين عليك إرسال البيانات ذهابًا وإيابًا عبر الإنترنت، قالت شركة QPerfect إنها تعمل على مهام مجمعة، ودعم الخوارزمية المتغيرة، ومحاكي ناقل الحالة المحلي 20 كيوبت. مما رأيته، يجب أن يتفوق جهاز المحاكاة المحلي بشكل مريح على البدائل المحلية الأخرى. على سبيل المكافأة، لن تضطر إلى إرسال بياناتك عبر الإنترنت، وهو ما لا يرغب الجميع في القيام به، على أي حال.
وفي الختام
يجب أن يكون MIMIQ-Circ قادرًا على محاكاة كل دائرة كمومية يمكننا تشغيلها على كل كمبيوتر كمي موجود اليوم، بما في ذلك المعالجين اللذين يزيد عددهما عن 1000 معالج غير المتاحين للعامة. في الواقع، يتمتع MIMIQ-Circ بميزتين رئيسيتين مقارنة بهذه المعالجات:
- لا يوجد ضجيج. في غياب تصحيح الخطأ الكمي، وهو ما لا نملكه في الإنتاج، يجب أن يكون MIMIQ-Circ أفضل من الناحية النوعية من المعالجات التي يزيد عددها عن 1000 معالج.
- يتمتع MIMIQ-Circ باتصال شامل بالكيوبتات. على الرغم من أن أحد المعالجات التي يزيد عددها عن 1000 معالج يتمتع بإمكانية الاتصال الشامل، إلا أنه لم يتم تأكيد ذلك، بينما لم يتم تأكيد الآخر بالتأكيد.
على الرغم من أنني ركزت على اختبار التحمل MIMIQ-Circ، فمن المهم التأكيد مرة أخرى على أن نتائجه تطابقت نوعيًا مع نتائج أجهزة المحاكاة المحلية. في أصغر المقاييس حيث يمكن لأجهزة المحاكاة الأخرى أن تعمل، من السهل التأكد من أن MIMIQ-Circ يعمل. وعلى نطاق واسع، فإن نتائج اختبار SWAP واعدة. يبدو أن MIMIQ-Circ سريع ودقيق وفي فئة خاصة به.
بريان ن. سيجيلواكس هو مصمم مستقل لخوارزمية الكم وكاتب مستقل لـ داخل تقنية الكم. وهو معروف بمساهماته في مجال الحوسبة الكمومية، وخاصة في تصميم خوارزميات الكم. لقد قام بتقييم العديد من أطر ومنصات وأدوات الحوسبة الكمومية وشارك أفكاره ونتائجه من خلال كتاباته. Siegelwax هو أيضًا مؤلف وقد ألف كتبًا مثل "Dungeons & Qubits" و"Choose Your Own Quantum Adventure". يكتب بانتظام على موقع Medium حول مواضيع مختلفة تتعلق بالحوسبة الكمومية. يتضمن عمله تطبيقات عملية للحوسبة الكمومية، ومراجعات لمنتجات الحوسبة الكمومية، ومناقشات حول مفاهيم الحوسبة الكمومية.
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/quantum-simulator-leap-looking-at-mimiq-circ-by-qperfect/
