Die Classiq-Plattform bietet einfache Möglichkeiten zur Synthese massiver Quantenschaltkreise für komplexe Algorithmen. Tatsächlich können Sie schnell und einfach Schaltkreise synthetisieren, die so umfangreich sind, dass Ihr Zielquantencomputer einen Fehler zurückgibt. Möglicherweise gibt es nicht einmal „Rauschen“ von so tiefen Leitungen zurück, aber Fehler deuten darauf hin, dass diese Leitungen überhaupt nicht laufen können.

Das Problem hat drei Ebenen. Selbst bei kleinen Quantenschaltungen birgt jede Operation die Möglichkeit eines Fehlers. Wenn sich die Fehler häufen, werden die Ergebnisse schnell unbrauchbar. Wenn die Schaltkreise größer werden, besteht die Gefahr, dass die Grenzen der Aufrechterhaltung von Quanteninformationen erreicht werden, was bedeutet, dass ein Algorithmus keine Zeit mehr hat, ihn abzuschließen. Stellen Sie sich vor, Sie möchten ein 20-minütiges YouTube-Video mit nur 5 Minuten Akkulaufzeit ansehen; Du kannst es nicht tun. Sie können den Quantencomputer weder anschließen noch aufladen und weitermachen; Sie können einfach nicht den gesamten Algorithmus rechtzeitig ausführen. Und wenn die Schaltkreise geradezu riesig werden, gibt es oft die oben erwähnte Fehlermeldung, die darauf hinweist, dass das Steuerungssystem nicht einmal versucht, den Algorithmus auszuführen.

Das Classiq-Team scheint nun darauf hinzuweisen, dass die Plattform nicht nur riesige Schaltkreise synthetisiert, sondern dass sie dies auch effizienter tut als Qiskit, das beliebteste Quantencomputer-Framework. Diese Behauptung ist aus vier Gründen wichtig: 1) Flachere Schaltkreise werden schneller ausgeführt als tiefere Schaltkreise, 2) schnellere Laufzeiten können erheblich Kosten sparen, wenn die Abrechnung auf der Laufzeit basiert, 3) weniger Vorgänge bedeuten weniger Fehler, die korrigiert werden müssen, und 4) als Quantencomputer Da sie ausgereift sind und größere Algorithmen ausführen können, werden die kleineren Schaltkreise zuerst nützlich sein.

Da ist ein Klassisch Notizbuch das die Classiq-Plattform mit Qiskit unter Verwendung des HHL-Algorithmus vergleicht. Wenn wir Unterschiede in der Effizienz sehen wollen, ist der HHL-Algorithmus umfangreich genug, um diese Unterschiede hervorzuheben.

Der HHL-Algorithmus

Der Harrow-Hassidim-Lloyd-Algorithmus oder HHL-Algorithmus verspricht, Systeme linearer Gleichungen mit einer exponentiellen Beschleunigung gegenüber den bekanntesten klassischen Algorithmen zu lösen. Diese Gleichungen finden in Wissenschaft und Technik breite Anwendung.

Das Problem ist, dass HHL-Schaltungen selbst bei kleinsten Spielzeugproblemen unglaublich tief sind. Wenn Sie Schaltkreise demonstrieren möchten, die auf aktuellen Quantencomputern Fehler anstelle von Ergebnissen liefern, ist dies der Algorithmus, mit dem Sie dies versuchen können. 

Das Classiq-Notizbuch

Wir betrachten die drei Schlüsselmetriken: Wiedergabetreue, Schaltungstiefe und CX-Anzahl. Die Genauigkeit gibt an, wie nahe das Ergebnis einer exakten Lösung kommt. Aufgrund der Größe der Schaltkreise muss alles klassisch berechnet werden. Die Schaltungstiefe gibt an, wie viele Zeitschritte erforderlich sind, um alle Operationen umzusetzen, wodurch die Grenzen aktueller Quantencomputer überschritten oder überschritten werden. CX-Zählungen geben die Anzahl der Multi-Qubit-Operationen an, da diese außerordentlich fehleranfällig sind.

Die Classiq-Schaltung bietet eine bessere Wiedergabetreue bei weitaus geringerer Schaltungstiefe und weitaus weniger CX-Operationen. Obwohl es immer noch zu massiv zum Laufen ist, ist es weitaus nützlicher als Qiskits Schaltung. Wichtig ist, dass die klassisch berechnete Wiedergabetreue zeigt, dass die Schaltung von Classiq nicht nur kleiner ist, sondern dass sie tatsächlich immer noch darauf ausgelegt ist, das ausgewählte Problem bei dieser reduzierten Größe zu lösen. 

Natürlicher Skeptizismus

Das Problem beim Vertrauen in das Notebook von Classiq besteht darin, dass das Classiq-Team nicht nur seine eigene Lösung bereitstellt, sondern auch die Lösung von Qiskit. Sie wollen offensichtlich, dass die Classiq-Plattform gut aussieht, daher ist es wichtig, ihren Anspruch anhand einer HHL-Implementierung zu überprüfen, die Qiskit verwendet, aber nicht vom Classiq-Team entwickelt wurde. 

Qiskits Notizbuch

Die am einfachsten zu findende Implementierung ist Qiskits HHL-Tutorial, wodurch das Problem von Classiq mithilfe des Codes des Qiskit-Teams gelöst werden kann. Dieses Notebook umfasst zwei Ansätze: einen, der größere Schaltkreise erzeugt, aber genauer ist, und einen, der kleinere Schaltkreise erzeugt, indem er die Genauigkeit opfert. 

Der Classiq-Schaltkreis ist nicht nur deutlich kleiner als alle drei Qiskit-Schaltkreise, sondern benötigt auch ein Qubit weniger als die Naive- und Tridi-Schaltkreise von Qiskit. 

Aufgrund ihrer hohen Wiedergabetreue ist die Qiskit-Implementierung von Classiq im Vergleich zur Qiskit Naive-Implementierung besser als die Qiskit Tridi-Implementierung. Obwohl die CX-Anzahl um 25 % höher ist, ist die Schaltungstiefe um 70 % geringer, wenn ein Qubit weniger verwendet wird. Wenn wir heute fehlerkorrigierte Quantencomputer hätten, würde dies bedeuten, dass die Qiskit-Implementierung von Classiq schneller laufen würde und geringere Hardware-Zugriffskosten verursachen würde als die eigene High-Fidelity-Implementierung von Qiskit.

Fazit: Classiq hält stand

Zumindest für diesen konkreten Fall gilt die Behauptung von Classiq. HHL ist nicht nur einfach zu implementieren, auch der Unterschied in der Schaltungsgröße ist erheblich. Die Schaltung von Classiq läuft nicht nur schneller als drei Qiskit-Alternativen, sie wird durch IBM Quantum auch weniger kosten. Und da sich die Quantencomputing-Hardware verbessert, wird die Implementierung von Classiq die erste der vier hier sein, die nützlich wird.

Brian N. Siegelwax ist ein unabhängiger Quantenalgorithmus-Designer und freiberuflicher Autor für Im Inneren der Quantentechnologie. Er ist bekannt für seine Beiträge auf dem Gebiet des Quantencomputings, insbesondere im Design von Quantenalgorithmen. Er hat zahlreiche Quantencomputing-Frameworks, -Plattformen und -Dienstprogramme evaluiert und seine Erkenntnisse und Erkenntnisse in seinen Schriften weitergegeben. Siegelwax ist außerdem Autor und hat Bücher wie „Dungeons & Qubits“ und „Choose Your Own Quantum Adventure“ geschrieben. Er schreibt regelmäßig auf Medium über verschiedene Themen im Zusammenhang mit Quantencomputing. Seine Arbeit umfasst praktische Anwendungen des Quantencomputings, Rezensionen von Quantencomputing-Produkten und Diskussionen über Quantencomputing-Konzepte.

Kategorien:
Photonik, Quantencomputing

Stichworte:
Brian Siegelwachs, Klassisch, Qiskit, Qubits

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• Quelle: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/efficient-synthesis-of-massive-quantum-circuits-an-overview-of-the-classiq-system/