Een paar jaar geleden waren kwantumcomputersimulators vrij beperkt. Op een laptop kun je misschien ongeveer 10 qubits simuleren. Via de cloud zou je er misschien zo’n twintig kunnen simuleren. Afhankelijk van wat je draaide, konden algoritmen met deze lage qubit-aantallen al uren in beslag nemen om te verwerken. Ik ontdekte zelfs de runtimelimiet van 20 seconden van een cloudsimulator terwijl ik slechts ongeveer 10,000 qubits gebruikte. Ik heb 20 uur gewacht totdat ik uiteindelijk een foutmelding kreeg.

In de jaren daarna zijn kwantumcomputers enorm verbeterd, maar dat geldt ook voor hun simulatoren. Ik heb ze niet allemaal getest, maar het is gebruikelijk om claims te vinden over 30-40 qubit-simulatiemogelijkheden. We hebben ook de opkomst gezien van emulators, dit zijn simulatoren met ruismodellen die specifieke soorten kwantumcomputers nabootsen, of zelfs specifieke kwantumcomputers.

Meer recentelijk hebben we een groei gezien in het gebruik van tensornetwerken. Deze klassieke oplossers kunnen beweren meer dan 100 qubits te simuleren. Nu, hier komt QPerfect, die hun beweert MIMIQ-Circ familie aan simulatoren kunnen vele honderden qubits verwerken, misschien wel een paar duizend qubits. Ik kreeg kortstondig toegang en ik gebruikte deze tijd om hun beweringen te testen.

MIMIQ-Circ, door QPerfect

De uitdaging bij het klassiek simuleren van kwantumcomputers is dat elke verstrengelde qubit die we toevoegen de hoeveelheid geheugen verdubbelt die we nodig hebben om het kwantumsysteem te vertegenwoordigen. Eén manier om de totale geheugenbehoefte te verminderen, is door het systeem niet volledig te beschrijven. De geheugenbehoefte groeit nog steeds exponentieel, maar kleinere aantallen worden verdubbeld. Een andere manier om meer qubits te simuleren is door de handelingen die kunnen worden uitgevoerd te beperken, zoals het geval is met een Clifford-simulator, die enkele duizenden qubits kan simuleren. 

MIMIQ-Circ volgt de eerste benadering, waarbij gebruik wordt gemaakt van een gedeeltelijke toestandsruimte met een volledige reeks bewerkingen. Het aantal qubits is niet zo hoog als bij een Clifford-simulator, maar toch veel hoger dan bij andere simulatoren. 

MIMIQ-Circ is eigenlijk een kleine familie simulatoren: een statevector-simulator en een MPS-simulator.

Statevector-simulatie

Tijdens de huidige proefperiode beperkt QPerfect zijn statevector-simulator tot slechts 32 qubits en een shotlimiet van 216. Het retourneert niet daadwerkelijk de statevector, die de toestand van de qubits vertegenwoordigt vóór de meting, maar dat zit in de pijplijn en er is een manier om het in de tussentijd te verkrijgen. Voorlopig retourneert het een steekproef als telling, alsof u een QASM-simulator gebruikt. 

Wat interessant is, is dat ik lokale installaties van simulatoren heb vergeleken met een in de cloud gehoste MIMIQ-Circ-simulator. Dit bracht MIMIQ-Circ in een duidelijk nadeel omdat de data een rondreis via internet moesten maken. 

Ik heb de simulatoren getest met QPE- en HHL-circuits, enkele van de diepste kwantumcircuits die je kunt vinden. Op de kleinste schaal verliepen de lokale implementaties sneller. Maar naarmate ik het aantal qubits verhoogde, werd MIMIQ-Circ sneller, zelfs met het internetprobleem. 

Om je te laten zien hoe snel dit gebeurt met QPE, heb ik moleculaire waterstof gebruikt, het kleinst mogelijke molecuul dat we kunnen gebruiken. Om een ​​nauwkeurige berekening te maken, hebben we in totaal negen qubits nodig. En met in totaal negen qubits was MIMIQ-Circ via de cloud al sneller dan de lokale simulatoren. Met HHL bond MIMIQ-Circ een lokale simulator op 15 qubits en overtrof deze op 16 qubits.

MIMIQ-Circ is zo efficiënt dat het zelfs met netwerklatentie lokale simulatoren inhaalt. Belangrijk is dat de resultaten van MIMIQ-Cirq kwalitatief overeenkomen met de lokale simulatoren, waardoor het vertrouwen ontstaat dat het daadwerkelijk werkt.

MPS-simulatie

Dit is de tensornetwerksimulator die honderden qubits zou kunnen simuleren. Maar dat kun je nergens anders doen, dus ik heb geen zulke grote kwantumcircuits liggen die zomaar rondslingeren. Gelukkig is het eenvoudig om een ​​enorm circuit te bouwen met behulp van een subroutine die de SWAP-test wordt genoemd. Dus bouwde ik een groot circuit, liet het draaien, schaalde het op en liet het opnieuw draaien totdat MIMIQ-Circ uiteindelijk kapot ging.

MIMIQ-Circ verwerkte een 1401-qubit-circuit in iets minder dan 6 minuten. 

Ergens tussen 1401 en 1421 qubits met ergens tussen de 700 en 710 gecontroleerde SWAP-poorten begint MIMIQ-Circ eindelijk runtime-fouten te retourneren. Dat zijn bijna 1400 qubits meer dan een gemiddelde kwantumcomputersimulator aankan.

Belangrijk is dat op kleine schaal de resultaten van MIMIQ-Circ kwalitatief overeenkomen met de lokale simulatoren. Helaas schalen andere simulatoren niet erg ver op. De SWAP-test is echter eenvoudig te verifiëren en MIMIQ-Circ lijkt op grote schaal veel beter stand te houden dan andere simulatoren op kleine schaal.

Lokale simulatie versus netwerklatentie

Om het netwerklatentieprobleem op te lossen, waarbij je gegevens heen en weer over het internet moet sturen, zei QPerfect dat ze werken aan batchtaken, ondersteuning voor variabele algoritmen en een lokale 20-qubit statevector-simulator. Van wat ik heb gezien, zou een lokale simulator comfortabel beter moeten presteren dan andere lokale alternatieven. Als bonus hoeft u uw gegevens niet over internet te verzenden, wat overigens niet iedereen wil doen. 

Conclusie

MIMIQ-Circ zou elk kwantumcircuit moeten kunnen simuleren dat we mogelijk kunnen gebruiken op elke kwantumcomputer die vandaag de dag bestaat, inclusief de twee duizend+ processors die niet openbaar beschikbaar zijn. Eigenlijk heeft MIMIQ-Circ twee grote voordelen ten opzichte van deze processors:

1. Er is geen lawaai. Bij gebrek aan kwantumfoutcorrectie, die we niet in productie hebben, zou MIMIQ-Circ kwalitatief beter moeten zijn dan de 1000+ processors.
2. MIMIQ-Circ beschikt over all-to-all qubit-connectiviteit. Hoewel een van de meer dan 1000 processors het potentieel heeft voor allesomvattende connectiviteit, is dat niet bevestigd, en de andere zeker niet.

Hoewel ik me concentreerde op stresstests van MIMIQ-Circ, is het belangrijk om te herhalen dat de resultaten kwalitatief overeenkwamen met de resultaten van de lokale simulatoren. Op de kleinste schaal waarop andere simulatoren kunnen werken, is het eenvoudig te bevestigen dat MIMIQ-Circ werkt. En op grote schaal zijn de resultaten van de SWAP-test veelbelovend. MIMIQ-Circ lijkt snel, nauwkeurig en een klasse apart te zijn.

Brian N. Siegelwax is een onafhankelijke Quantum Algorithm Designer en freelance schrijver voor Binnen Quantum Technologie. Hij staat bekend om zijn bijdragen op het gebied van quantum computing, met name op het gebied van het ontwerp van quantumalgoritmen. Hij heeft talloze kwantumcomputerframeworks, -platforms en -hulpprogramma's geëvalueerd en heeft zijn inzichten en bevindingen gedeeld via zijn geschriften. Siegelwax is ook auteur en heeft boeken geschreven als “Dungeons & Qubits” en “Choose Your Own Quantum Adventure”. Hij schrijft regelmatig op Medium over verschillende onderwerpen die verband houden met quantum computing. Zijn werk omvat praktische toepassingen van quantum computing, recensies van quantum computing-producten en discussies over quantum computing-concepten.

Categorieën:
quantum computing, onderzoek, software

Tags:
Brian Siegelwax, MIMIQ-Circ, QPerfect

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/quantum-simulator-leap-looking-at-mimiq-circ-by-qperfect/