QPerfect의 MIMIQ-Circ를 살펴보는 양자 시뮬레이터 도약 - Inside Quantum Technology

Brian Siegelwax는 QPerfect의 MIMIQ-Circ를 테스트하여 표준 양자 시뮬레이션을 유지하는지 확인합니다.

By 브라이언 시겔왁스 22년 2024월 XNUMX일 게시됨

몇 년 전만 해도 양자 컴퓨터 시뮬레이터는 상당히 제한적이었습니다. 노트북에서는 약 10큐비트를 시뮬레이션할 수 있습니다. 클라우드를 통해 약 20개를 시뮬레이션할 수 있습니다. 실행 중인 항목에 따라 큐비트 수가 낮은 알고리즘을 처리하는 데 이미 몇 시간이 걸릴 수 있습니다. 실제로 약 10,000큐비트만 사용하면서 클라우드 시뮬레이터의 런타임 제한이 20초라는 것을 발견했습니다. 마지막에 오류 메시지를 받기까지 2.75시간을 기다렸습니다.

그 이후 몇 년 동안 양자 컴퓨터는 크게 개선되었지만 시뮬레이터도 마찬가지였습니다. 모두 테스트하지는 않았지만 30~40큐비트 시뮬레이션 기능에 대한 주장을 찾는 것이 일반적입니다. 또한 특정 유형의 양자 컴퓨터 또는 특정 양자 컴퓨터를 모방하는 노이즈 모델을 갖춘 시뮬레이터인 에뮬레이터의 등장도 확인했습니다.

최근에는 텐서 네트워크의 사용이 증가했습니다. 이러한 기존 솔버는 100개 이상의 큐비트를 시뮬레이션한다고 주장할 수 있습니다. 자, 여기 온다 Q완벽하다, 이는 자신의 주장 MIMIQ-서크 가족 수백 개의 큐비트, 최대 2,000개의 큐비트를 처리할 수 있는 시뮬레이터가 많습니다. 나는 잠시 접근 권한을 부여받았고 이번에는 그들의 주장을 테스트하는 데 사용했습니다.

QPerfect의 MIMIQ-Circ

양자 컴퓨터를 고전적으로 시뮬레이션할 때의 과제는 우리가 추가하는 얽힌 각 큐비트가 양자 시스템을 표현하는 데 필요한 메모리 양을 두 배로 늘린다는 것입니다. 전체 메모리 요구 사항을 줄이는 한 가지 방법은 시스템을 완전히 설명하지 않는 것입니다. 메모리 요구 사항은 여전히 기하급수적으로 증가하지만 더 작은 숫자도 두 배가 됩니다. 더 많은 큐비트를 시뮬레이션하는 또 다른 방법은 수천 큐비트를 시뮬레이션할 수 있는 Clifford 시뮬레이터의 경우처럼 구현할 수 있는 작업을 제한하는 것입니다.

MIMIQ-Circ는 전체 작업 세트와 함께 부분 상태 공간을 사용하는 첫 번째 접근 방식을 따릅니다. 큐비트 수는 Clifford 시뮬레이터만큼 높지는 않지만 다른 시뮬레이터보다 훨씬 높습니다.

MIMIQ-Circ는 실제로 소규모 시뮬레이터 제품군인 상태 벡터 시뮬레이터와 MPS 시뮬레이터입니다.

상태벡터 시뮬레이션

현재 시험 기간 동안 QPerfect는 상태 벡터 시뮬레이터를 32큐비트와 2회의 샷 제한으로 제한합니다.16. 측정 전 큐비트의 상태를 나타내는 상태 벡터를 실제로 반환하지는 않지만 이는 파이프라인에 있으며 그 동안 이를 얻을 수 있는 방법이 있습니다. 지금은 QASM 시뮬레이터를 사용하는 것처럼 샘플링을 개수로 반환합니다.

흥미로운 점은 로컬에 설치된 시뮬레이터를 클라우드에 호스팅된 MIMIQ-Circ 시뮬레이터와 비교했다는 것입니다. 이로 인해 데이터가 인터넷을 통해 왕복해야 했기 때문에 MIMIQ-Circ는 뚜렷한 단점을 갖게 되었습니다.

저는 여러분이 찾을 수 있는 가장 깊은 양자 회로 중 일부인 QPE 및 HHL 회로에 대해 시뮬레이터를 테스트했습니다. 가장 작은 규모에서는 로컬 구현이 더 빨랐습니다. 하지만 큐비트 수를 늘리면 인터넷 문제에도 MIMIQ-Circ가 더 빨라졌습니다.

QPE에서 이것이 얼마나 빨리 일어나는지 보여주기 위해 우리가 사용할 수 있는 가장 작은 분자인 수소 분자를 사용했습니다. 정확한 계산을 위해서는 총 15개의 큐비트가 필요합니다. 총 16개의 큐비트를 갖춘 클라우드상의 MIMIQ-Circ는 이미 로컬 시뮬레이터보다 빨랐습니다. HHL을 통해 MIMIQ-Circ는 로컬 시뮬레이터를 XNUMX큐비트로 묶어 XNUMX큐비트로 능가했습니다.

MIMIQ-Circ는 네트워크 대기 시간이 있어도 로컬 시뮬레이터를 능가할 만큼 효율적입니다. 중요한 것은 MIMIQ-Cirq의 결과가 로컬 시뮬레이터와 질적으로 일치하여 실제로 작동한다는 확신을 갖게 된다는 것입니다.

MPS 시뮬레이션

이것은 수백 개의 큐비트를 시뮬레이션할 수 있는 텐서 네트워크 시뮬레이터입니다. 하지만 다른 곳에서는 그렇게 할 수 없기 때문에 그렇게 큰 양자 회로가 주변에 놓여 있지 않습니다. 다행히 SWAP 테스트라는 서브루틴을 사용하면 대규모 회로를 쉽게 구축할 수 있습니다. 그래서 큰 회로를 만들고, 실행하고, 확장하고, MIMIQ-Circ가 마침내 파손될 때까지 다시 실행했습니다.

MIMIQ-Circ는 1401분 이내에 6큐비트 회로를 처리했습니다.

1401~1421개의 제어된 SWAP 게이트가 있는 700~710 큐비트 사이에서 MIMIQ-Circ는 마침내 런타임 오류를 반환하기 시작합니다. 이는 일반적인 양자 컴퓨터 시뮬레이터가 처리할 수 있는 것보다 거의 1400큐비트 더 많은 것입니다.

중요한 것은 소규모에서는 MIMIQ-Circ의 결과가 로컬 시뮬레이터와 질적으로 일치한다는 것입니다. 불행하게도 다른 시뮬레이터는 크게 확장되지 않습니다. 그러나 SWAP 테스트는 검증하기 쉽고 MIMIQ-Circ는 다른 시뮬레이터가 소규모에서 수행하는 것보다 대규모에서 훨씬 더 잘 견디는 것 같습니다.

로컬 시뮬레이션과 네트워크 지연 시간

인터넷을 통해 데이터 왕복을 전송해야 하는 네트워크 대기 시간 문제를 해결하기 위해 QPerfect는 일괄 작업, 변형 알고리즘 지원 및 로컬 20큐비트 상태 벡터 시뮬레이터를 개발 중이라고 말했습니다. 내가 본 바에 따르면 로컬 시뮬레이터는 다른 로컬 대안보다 훨씬 뛰어난 성능을 발휘해야 합니다. 보너스로, 어쨌든 모든 사람이 원하지 않는 데이터를 인터넷을 통해 전송할 필요가 없습니다.

결론

MIMIQ-Circ는 공개적으로 사용할 수 없는 1000개의 XNUMX개 이상의 프로세서를 포함하여 현재 존재하는 모든 양자 컴퓨터에서 실행할 수 있는 모든 양자 회로를 시뮬레이션할 수 있어야 합니다. 실제로 MIMIQ-Circ는 이러한 프로세서에 비해 두 가지 주요 장점이 있습니다.

소음이 없습니다. 생산에 없는 양자 오류 수정 기능이 없다면 MIMIQ-Circ는 1000개 이상의 프로세서보다 질적으로 더 우수해야 합니다.
MIMIQ-Circ에는 올투올 큐비트 연결이 있습니다. 1000개 이상의 프로세서 중 하나가 올투올 연결 가능성이 있지만 이는 확인되지 않았으며 다른 프로세서도 확실히 그렇지 않습니다.

MIMIQ-Circ의 스트레스 테스트에 중점을 두었지만 그 결과가 로컬 시뮬레이터의 결과와 질적으로 일치했다는 점을 다시 한 번 강조하는 것이 중요합니다. 다른 시뮬레이터가 작동할 수 있는 가장 작은 규모에서도 MIMIQ-Circ가 작동하는지 쉽게 확인할 수 있습니다. 그리고 대규모로 SWAP 테스트의 결과는 유망합니다. MIMIQ-Circ는 빠르고 정확하며 독보적인 것 같습니다.

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.

카테고리 :
양자 컴퓨팅, 연구, 소프트웨어

태그 :
브라이언 시겔왁스, MIMIQ-서크, Q완벽하다