By ब्रायन सीगलवैक्स 22 मार्च 2024 को पोस्ट किया गया
कुछ ही साल पहले, क्वांटम कंप्यूटर सिमुलेटर काफी सीमित थे। लैपटॉप पर, शायद आप लगभग 10 क्यूबिट का अनुकरण कर सकते हैं। क्लाउड के माध्यम से, शायद आप 20 के आसपास अनुकरण कर सकते हैं। आप जो चला रहे थे उसके आधार पर, इन कम क्वबिट गणना वाले एल्गोरिदम को संसाधित होने में पहले से ही घंटों लग सकते हैं। वास्तव में, मैंने केवल 10,000 क्यूबिट का उपयोग करते हुए क्लाउड सिम्युलेटर की 20-सेकंड रनटाइम सीमा की खोज की। अंत में एक त्रुटि संदेश प्राप्त करने के लिए मैंने 2.75 घंटे प्रतीक्षा की।
उसके बाद के वर्षों में, क्वांटम कंप्यूटरों में बहुत सुधार हुआ है, लेकिन उनके सिमुलेटर में भी सुधार हुआ है। मैंने उन सभी का परीक्षण नहीं किया है, लेकिन 30-40 क्यूबिट सिमुलेशन क्षमताओं के दावे मिलना आम बात है। हमने एमुलेटर का उदय भी देखा है, जो ऐसे सिम्युलेटर हैं जिनमें शोर मॉडल होते हैं जो विशिष्ट प्रकार के क्वांटम कंप्यूटर, या यहां तक कि विशिष्ट क्वांटम कंप्यूटर की नकल करते हैं।
हाल ही में, हमने टेंसर नेटवर्क के उपयोग में वृद्धि देखी है। ये क्लासिकल सॉल्वर 100 से अधिक क्यूबिट का अनुकरण करने का दावा कर सकते हैं। अब, यहाँ आता है क्यूपरफेक्ट, जो उनका दावा करता है MIMIQ-Circ परिवार कई सिमुलेटर कई सैकड़ों क्यूबिट को संभाल सकते हैं, शायद कुछ हज़ार क्यूबिट तक। मुझे थोड़े समय के लिए पहुंच प्रदान की गई और मैंने इस समय का उपयोग उनके दावों का परीक्षण करने के लिए किया।
MIMIQ-Circ, QPerfect द्वारा
क्वांटम कंप्यूटरों को शास्त्रीय रूप से अनुकरण करने की चुनौती यह है कि प्रत्येक उलझा हुआ क्वबिट जो हम जोड़ते हैं वह क्वांटम सिस्टम का प्रतिनिधित्व करने के लिए आवश्यक मेमोरी की मात्रा को दोगुना कर देता है। समग्र मेमोरी आवश्यकता को कम करने का एक तरीका सिस्टम का पूरी तरह से वर्णन नहीं करना है। मेमोरी की आवश्यकता अभी भी तेजी से बढ़ रही है, लेकिन छोटी संख्या दोगुनी हो रही है। अधिक क्वैबिट का अनुकरण करने का एक अन्य तरीका उन परिचालनों को प्रतिबंधित करना है जिन्हें लागू किया जा सकता है, जैसा कि क्लिफोर्ड सिम्युलेटर के मामले में है, जो कई हजार क्वैबिट का अनुकरण कर सकता है।
MIMIQ-Circ पहले दृष्टिकोण का अनुसरण करता है, संचालन के पूर्ण सेट के साथ आंशिक राज्य स्थान का उपयोग करता है। क्वबिट गिनती क्लिफ़ोर्ड सिम्युलेटर जितनी अधिक नहीं है, फिर भी यह अन्य सिमुलेटरों की तुलना में बहुत अधिक है।
MIMIQ-सर्क वास्तव में सिमुलेटर का एक छोटा परिवार है: एक स्टेटवेक्टर सिम्युलेटर और एक एमपीएस सिम्युलेटर।
स्टेटवेक्टर सिमुलेशन
वर्तमान परीक्षण अवधि के दौरान, QPerfect अपने स्टेटवेक्टर सिम्युलेटर को केवल 32 क्यूबिट और 2 की शॉट सीमा तक सीमित कर रहा है16. यह वास्तव में स्टेटवेक्टर नहीं लौटाता है, जो माप से पहले क्वैबिट की स्थिति का प्रतिनिधित्व करता है, लेकिन यह पाइपलाइन में है और इस बीच इसे प्राप्त करने का एक तरीका है। अभी के लिए, यह गिनती के रूप में एक नमूना लौटाता है, जैसे कि आप QASM सिम्युलेटर का उपयोग कर रहे हों।
दिलचस्प बात यह है कि मैंने सिमुलेटर के स्थानीय इंस्टॉलेशन की तुलना क्लाउड-होस्टेड MIMIQ-Circ सिम्युलेटर से की है। इसने MIMIQ-Circ को एक अलग नुकसान में डाल दिया क्योंकि डेटा को इंटरनेट के माध्यम से एक राउंडट्रिप करना पड़ता था।
मैंने क्यूपीई और एचएचएल सर्किट के विरुद्ध सिमुलेटर का परीक्षण किया, जो आपको मिलने वाले सबसे गहरे क्वांटम सर्किट में से कुछ हैं। सबसे छोटे पैमाने पर, स्थानीय कार्यान्वयन तेज़ थे। लेकिन जैसे-जैसे मैंने क्वबिट गिनती बढ़ाई, MIMIQ-Circ इंटरनेट समस्या के साथ भी तेज़ हो गया।
आपको यह दिखाने के लिए कि QPE के साथ यह कितनी जल्दी होता है, मैंने आणविक हाइड्रोजन का उपयोग किया, जो कि सबसे छोटा संभव अणु है जिसका हम उपयोग कर सकते हैं। एक सटीक गणना करने के लिए, हमें कुल नौ क्वैबिट की आवश्यकता होती है। और कुल नौ क्यूबिट के साथ, क्लाउड पर MIMIQ-Circ पहले से ही स्थानीय सिमुलेटर की तुलना में तेज़ था। HHL के साथ, MIMIQ-Circ ने एक स्थानीय सिम्युलेटर को 15 क्यूबिट पर बांधा और 16 क्यूबिट पर इसे पार कर लिया।
MIMIQ-Circ इतना कुशल है कि नेटवर्क विलंबता के साथ भी यह स्थानीय सिमुलेटर से आगे निकल जाता है। महत्वपूर्ण बात यह है कि MIMIQ-Cirq के परिणाम गुणात्मक रूप से स्थानीय सिमुलेटर से मेल खाते हैं, जिससे यह विश्वास पैदा होता है कि यह वास्तव में काम करता है।
एमपीएस सिमुलेशन
यह टेंसर नेटवर्क सिम्युलेटर है जो कथित तौर पर सैकड़ों क्यूबिट का अनुकरण कर सकता है। लेकिन आप ऐसा कहीं और नहीं कर सकते, इसलिए मेरे पास इतने बड़े क्वांटम सर्किट नहीं हैं। सौभाग्य से, SWAP टेस्ट नामक सबरूटीन का उपयोग करके एक विशाल सर्किट बनाना आसान है। इसलिए, मैंने एक बड़ा सर्किट बनाया, इसे चलाया, इसे बढ़ाया, और इसे तब तक फिर से चलाया जब तक कि MIMIQ-Circ अंततः टूट नहीं गया।
MIMIQ-Circ ने केवल 1401 मिनट से कम समय में 6-क्विबिट सर्किट को संसाधित किया।
कहीं-कहीं 1401 और 1421 क्वैबिट के बीच और कहीं-कहीं 700 और 710 नियंत्रित-स्वैप गेटों के बीच, MIMIQ-Circ अंततः रनटाइम त्रुटियाँ लौटाना शुरू कर देता है। यह आपके औसत क्वांटम कंप्यूटर सिम्युलेटर से लगभग 1400 क्यूबिट अधिक है।
महत्वपूर्ण बात यह है कि छोटे पैमाने पर, MIMIQ-Circ के परिणाम गुणात्मक रूप से स्थानीय सिमुलेटर से मेल खाते हैं। दुर्भाग्य से, अन्य सिमुलेटर बहुत आगे नहीं बढ़ते हैं। हालाँकि, SWAP परीक्षण को सत्यापित करना आसान है, और MIMIQ-Circ छोटे पैमाने पर अन्य सिमुलेटरों की तुलना में बड़े पैमाने पर बहुत बेहतर प्रदर्शन करता है।
स्थानीय सिमुलेशन बनाम नेटवर्क विलंबता
नेटवर्क विलंबता समस्या को हल करने के लिए, जहां आपको इंटरनेट पर राउंड ट्रिप डेटा भेजना होता है, QPerfect ने कहा कि वे बैच जॉब्स, वैरिएबल एल्गोरिदम समर्थन और स्थानीय 20-क्विबिट स्टेटवेक्टर सिम्युलेटर पर काम कर रहे हैं। मैंने जो देखा है, उसके अनुसार एक स्थानीय सिम्युलेटर को आराम से अन्य स्थानीय विकल्पों से बेहतर प्रदर्शन करना चाहिए। बोनस के रूप में, आपको अपना डेटा इंटरनेट पर नहीं भेजना पड़ेगा, जो कि वैसे भी हर कोई नहीं करना चाहता।
निष्कर्ष
MIMIQ-Circ को प्रत्येक क्वांटम सर्किट का अनुकरण करने में सक्षम होना चाहिए जिसे हम संभवतः आज अस्तित्व में प्रत्येक क्वांटम कंप्यूटर पर चला सकते हैं, जिसमें दो 1000+ प्रोसेसर भी शामिल हैं जो सार्वजनिक रूप से उपलब्ध नहीं हैं। वास्तव में, इन प्रोसेसरों की तुलना में MIMIQ-Circ के दो प्रमुख फायदे हैं:
- कोई शोर नहीं है. क्वांटम त्रुटि सुधार के अभाव में, जो हमारे पास उत्पादन में नहीं है, MIMIQ-Circ को 1000+ प्रोसेसर से गुणात्मक रूप से बेहतर होना चाहिए।
- MIMIQ-Circ में ऑल-टू-ऑल क्वबिट कनेक्टिविटी है। हालाँकि 1000+ प्रोसेसर में से एक में ऑल-टू-ऑल कनेक्टिविटी की क्षमता है, इसकी पुष्टि नहीं की गई है, और दूसरे में निश्चित रूप से नहीं है।
हालाँकि मैंने MIMIQ-Circ के तनाव परीक्षण पर ध्यान केंद्रित किया, लेकिन यह दोहराना महत्वपूर्ण है कि इसके परिणाम स्थानीय सिमुलेटर के परिणामों के साथ गुणात्मक रूप से मेल खाते हैं। सबसे छोटे पैमाने पर जहां अन्य सिमुलेटर काम कर सकते हैं, यह पुष्टि करना आसान है कि MIMIQ-Circ काम करता है। और बड़े पैमाने पर, SWAP परीक्षण के परिणाम आशाजनक हैं। MIMIQ-Circ तेज़, सटीक और अपने आप में एक लीग में प्रतीत होता है।
ब्रायन एन. सीगलवैक्स एक स्वतंत्र क्वांटम एल्गोरिथम डिजाइनर और एक स्वतंत्र लेखक हैं क्वांटम प्रौद्योगिकी के अंदर. उन्हें क्वांटम कंप्यूटिंग के क्षेत्र में, विशेष रूप से क्वांटम एल्गोरिदम के डिजाइन में उनके योगदान के लिए जाना जाता है। उन्होंने कई क्वांटम कंप्यूटिंग ढांचे, प्लेटफार्मों और उपयोगिताओं का मूल्यांकन किया है और अपने लेखन के माध्यम से अपनी अंतर्दृष्टि और निष्कर्ष साझा किए हैं। सीगलवैक्स एक लेखक भी हैं और उन्होंने "डंगऑन एंड क्यूबिट्स" और "चुज़ योर ओन क्वांटम एडवेंचर" जैसी किताबें लिखी हैं। वह क्वांटम कंप्यूटिंग से संबंधित विभिन्न विषयों के बारे में मीडियम पर नियमित रूप से लिखते हैं। उनके काम में क्वांटम कंप्यूटिंग के व्यावहारिक अनुप्रयोग, क्वांटम कंप्यूटिंग उत्पादों की समीक्षा और क्वांटम कंप्यूटिंग अवधारणाओं पर चर्चा शामिल है।
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- स्रोत: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/quantum-simulator-leap-looking-at-mimiq-circ-by-qperfect/
