대규모 양자 회로의 효율적인 합성 - Classiq 시스템 개요 - Inside Quantum Technology

Brian Siegelwax는 Classiq 큐비트 시스템과 Qiskit의 HHL을 비교하여 어느 것이 더 효과적인지 확인합니다.

By 브라이언 시겔왁스 13년 2024월 XNUMX일 게시됨

Classiq 플랫폼은 복잡한 알고리즘을 위해 대규모 양자 회로를 합성하는 간단한 방법을 제공합니다. 실제로 대상 양자 컴퓨터가 오류를 반환할 정도로 거대한 회로를 빠르고 쉽게 합성할 수 있습니다. 너무 깊게 실행되는 회로에서 "잡음"이 반환되지 않을 수도 있지만 오류는 이러한 회로가 전혀 실행될 수 없음을 나타냅니다.

문제에는 세 가지 계층이 있습니다. 작은 양자 회로라도 모든 작업에는 오류가 발생할 가능성이 있습니다. 오류가 누적되면 결과는 금방 쓸모 없게 됩니다. 회로가 커짐에 따라 양자 정보를 유지할 수 있는 기간의 한계에 도달할 위험이 있으며, 이는 알고리즘을 완료할 시간이 없다는 것을 의미합니다. 단 20분의 배터리 수명으로 5분짜리 YouTube 동영상을 시청하고 싶다고 상상해 보세요. 당신은 그것을 할 수 없습니다. 양자 컴퓨터를 연결할 수도 없고 재충전해서 계속할 수도 없습니다. 전체 알고리즘을 제 시간에 실행할 수는 없습니다. 그리고 회로가 엄청나게 커지면 제어 시스템이 알고리즘을 실행하려고 시도조차 하지 않는다는 것을 나타내는 앞서 언급한 오류 메시지가 종종 나타납니다.

이제 Classiq 팀은 이 플랫폼이 대규모 회로를 합성할 뿐만 아니라 가장 인기 있는 양자 컴퓨팅 프레임워크인 Qiskit보다 더 효율적으로 합성할 수 있다고 제안하는 것 같습니다. 이 주장은 네 가지 이유로 중요합니다. 1) 더 얕은 회로는 더 깊은 회로보다 더 빠르게 실행됩니다. 2) 더 빠른 런타임은 런타임을 기준으로 요금이 청구될 때 비용을 크게 절약할 수 있습니다. 3) 작업 수가 적으면 수정이 필요한 오류가 적습니다. 4) 양자 컴퓨터로서 성숙해지고 더 큰 알고리즘을 실행할 수 있으면 더 작은 회로가 먼저 유용해질 것입니다.

이있다 클래식 수첩 HHL 알고리즘을 사용하여 Classiq 플랫폼과 Qiskit을 비교합니다. 효율성의 차이를 확인하려면 HHL 알고리즘이 이러한 차이를 강조할 만큼 충분히 방대합니다.

HHL 알고리즘

Harrow-Hassidim-Lloyd 알고리즘 또는 HHL 알고리즘은 가장 잘 알려진 기존 알고리즘에 비해 기하급수적인 속도 향상으로 선형 방정식 시스템을 풀 수 있도록 약속합니다. 이러한 방정식은 과학 및 공학 분야에서 널리 적용됩니다.

문제는 가장 작은 장난감 문제에도 불구하고 HHL 회로가 엄청나게 깊다는 것입니다. 현재 양자 컴퓨터에서 결과 대신 오류를 반환하는 회로를 시연하려는 경우 이를 시도하는 알고리즘입니다.

클래식 노트북

우리는 충실도, 회로 깊이, CX 수라는 세 가지 주요 지표를 살펴보고 있습니다. 충실도는 결과가 정확한 솔루션에 얼마나 가까운지 나타냅니다. 회로의 크기 때문에 모든 것이 고전적으로 계산되어야 합니다. 회로 깊이는 현재 양자 컴퓨터의 한계를 뛰어넘거나 초과하여 모든 작업을 구현하는 데 필요한 시간 단계 수를 나타냅니다. CX 수는 예외적으로 오류가 발생하기 쉬운 다중 큐비트 작업 수를 나타냅니다.

	클래식	키스킷
충실도	99.99999999896276%	99.99998678594436%
회로 깊이	3527	81016
CX 수	1978	159285

Classiq 회로는 훨씬 적은 회로 깊이와 훨씬 적은 CX 작업으로 더 나은 충실도를 보여줍니다. 실행하기에는 여전히 너무 방대하지만 키스킷의 회로보다 유용성에 훨씬 더 가깝습니다. 중요한 것은, 고전적으로 계산된 충실도는 Classiq의 회로가 단지 더 작을 뿐만 아니라 실제로 이 축소된 크기에서도 선택한 문제를 해결하도록 설계되었다는 점을 강조합니다.

타고난 회의주의

Classiq 노트북을 믿을 때의 문제점은 Classiq 팀이 자체 솔루션을 제공할 뿐만 아니라 Qiskit의 솔루션도 제공한다는 것입니다. 그들은 분명히 Classiq 플랫폼이 보기 좋게 보이길 원하므로 Qiskit을 사용하지만 Classiq 팀이 개발하지 않은 HHL 구현에 대한 그들의 주장을 검증하는 것이 중요합니다.

키스킷의 노트

구현을 찾는 가장 쉬운 방법은 키스킷의 HHL 튜토리얼, 이는 Qiskit 팀의 코드를 사용하여 Classiq의 문제를 해결할 수 있게 해줍니다. 이 노트북에는 두 가지 접근 방식이 포함되어 있습니다. 하나는 더 큰 회로를 생성하지만 더 정확하고 다른 하나는 정확도를 희생하여 더 작은 회로를 생성하는 것입니다.

	클래식	클래식(Classiq)의 키스킷(Qiskit)	키스킷 나이브	키스킷 트리디
회로 깊이	3527	81016	272759	40559
CX 수	1978	159285	127360	25812

Classiq 회로는 세 가지 Qiskit 회로보다 훨씬 작을 뿐만 아니라 Qiskit의 Naive 및 Tridi 회로보다 큐비트가 1개 더 적습니다.

높은 충실도로 인해 Classiq의 Qiskit 구현은 Qiskit Tridi 구현보다 Qiskit Naive 구현에 비해 더 좋습니다. CX 수가 25% 더 높더라도 하나 더 적은 큐비트를 사용하여 회로 깊이는 70% 더 낮습니다. 오늘날 오류 수정 양자 컴퓨터가 있다면 이는 Classiq의 Qiskit 구현이 Qiskit의 자체 고성능 구현보다 더 빠르게 실행되고 하드웨어 액세스 비용이 더 저렴하다는 것을 의미합니다.

결론: Classiq이 버티고 있습니다

적어도 이 특정 사례에서는 Classiq의 주장이 유효합니다. HHL은 구현하기 쉬울 뿐만 아니라 회로 크기의 차이도 상당합니다. Classiq의 회로는 세 가지 Qiskit 대안보다 빠르게 실행될 뿐만 아니라 IBM Quantum을 통해 비용도 절감됩니다. 그리고 양자 컴퓨팅 하드웨어가 향상됨에 따라 Classiq의 구현은 여기에서 유용하게 사용될 네 가지 구현 중 첫 번째가 될 것입니다.

브라이언 N. 시겔왁스 독립적인 양자 알고리즘 디자이너이자 프리랜서 작가입니다. 양자 기술 내부. 그는 양자 컴퓨팅 분야, 특히 양자 알고리즘 설계에 기여한 것으로 유명합니다. 그는 수많은 양자 컴퓨팅 프레임워크, 플랫폼 및 유틸리티를 평가했으며 자신의 글을 통해 통찰력과 결과를 공유했습니다. Siegelwax는 작가이기도 하며 "Dungeons & Qubits" 및 "Choose Your Own Quantum Adventure"와 같은 책을 집필했습니다. 그는 정기적으로 양자 컴퓨팅과 관련된 다양한 주제에 대해 Medium에 글을 쓰고 있습니다. 그의 작업에는 양자 컴퓨팅의 실제 적용, 양자 컴퓨팅 제품 리뷰, 양자 컴퓨팅 개념에 대한 토론이 포함됩니다.

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