By Brian Siegelwax postat 22 mars 2024
För några korta år sedan var kvantdatorsimulatorer ganska begränsade. På en bärbar dator kanske du kan simulera runt 10 qubits. Via molnet kanske du skulle kunna simulera runt 20. Beroende på vad du körde kunde algoritmer med dessa låga qubit-antal redan ta timmar att bearbeta. Faktum är att jag upptäckte en molnsimulators 10,000 20-sekunders körtidsgräns medan jag bara använde cirka 2.75 qubits. Jag väntade XNUMX timmar bara för att få ett felmeddelande i slutet.
Under åren sedan dess har kvantdatorerna förbättrats avsevärt, men det har också deras simulatorer. Jag har inte testat dem alla, men det är vanligt att hitta påståenden om 30-40 qubit simuleringsmöjligheter. Vi har också sett uppkomsten av emulatorer, som är simulatorer som har brusmodeller som efterliknar specifika typer av kvantdatorer, eller till och med specifika kvantdatorer.
På senare tid har vi sett en tillväxt i användningen av tensornätverk. Dessa klassiska lösare kan hävda att de simulerar mer än 100 qubits. Nu kommer här QPerfekt, som hävdar deras MIMIQ-Circ familj av simulatorer kan hantera många hundra qubits, kanske upp till ett par tusen qubits. Jag fick kort tillgång, och jag använde den här tiden för att testa deras påståenden.
MIMIQ-Circ, från QPerfect
Utmaningen med att klassiskt simulera kvantdatorer är att varje intrasslad qubit vi lägger till fördubblar mängden minne vi behöver för att representera kvantsystemet. Ett sätt att minska det övergripande minneskravet är att inte beskriva systemet fullt ut. Minneskravet växer fortfarande exponentiellt, men mindre antal fördubblas. Ett annat sätt att simulera fler qubits är att begränsa de operationer som kan implementeras, vilket är fallet med en Clifford-simulator, som kan simulera flera tusen qubits.
MIMIQ-Circ följer det första tillvägagångssättet och använder ett partiellt tillståndsutrymme med en fullständig uppsättning operationer. Qubit-antalet är inte lika högt som en Clifford-simulator, men det är mycket högre än andra simulatorer.
MIMIQ-Circ är faktiskt en liten familj av simulatorer: en tillståndsvektorsimulator och en MPS-simulator.
Statsvektorsimulering
Under den aktuella testperioden begränsar QPerfect sin tillståndsvektorsimulator till endast 32 qubits och en skottgräns på 216. Den returnerar faktiskt inte tillståndsvektorn, som representerar tillståndet för qubitarna före mätning, men det är i pipelinen och det finns ett sätt att få det under tiden. För tillfället returnerar den ett urval som räknas, som om du använder en QASM-simulator.
Det intressanta är att jag jämförde lokala installationer av simulatorer med en molnbaserad MIMIQ-Circ-simulator. Detta placerade MIMIQ-Circ i en distinkt nackdel eftersom datan var tvungen att göra en tur och retur via Internet.
Jag testade simulatorerna mot QPE- och HHL-kretsar, som är några av de djupaste kvantkretsarna du hittar. I de minsta skalorna var de lokala implementeringarna snabbare. Men när jag ökade qubit-antalet blev MIMIQ-Circ snabbare även med internetproblemet.
För att visa hur snabbt detta går med QPE använde jag molekylärt väte, som är den minsta möjliga molekyl vi kan använda. För att göra en exakt beräkning behöver vi totalt nio qubits. Och med nio totala qubits var MIMIQ-Circ över molnet redan snabbare än de lokala simulatorerna. Med HHL knöt MIMIQ-Circ en lokal simulator på 15 qubits och överträffade den på 16 qubits.
MIMIQ-Circ är tillräckligt effektiv för att även med nätverkslatens går den om lokala simulatorer. Viktigt är att resultaten av MIMIQ-Cirq kvalitativt matchar de lokala simulatorerna, vilket skapar förtroende för att det faktiskt fungerar.
MPS-simulering
Detta är tensornätverksimulatorn som förmodligen kan simulera hundratals qubits. Men det kan man inte göra någon annanstans, så jag har inte så stora kvantkretsar bara liggandes. Lyckligtvis är det lätt att bygga en massiv krets med hjälp av en subrutin som kallas SWAP-testet. Så jag byggde en stor krets, körde den, skalade upp den och körde den igen tills MIMIQ-Circ slutligen gick sönder.
MIMIQ-Circ bearbetade en 1401-qubit-krets på knappt 6 minuter.
Någonstans mellan 1401 och 1421 qubits med någonstans mellan 700 och 710 kontrollerade SWAP-grindar, börjar MIMIQ-Circ äntligen returnera körtidsfel. Det är nästan 1400 qubits mer än vad din genomsnittliga kvantdatorsimulator kan hantera.
Viktigt är att i små skalor matchar resultaten av MIMIQ-Circ kvalitativt de lokala simulatorerna. Tyvärr skalar inte andra simulatorer upp särskilt långt. SWAP-testet är dock lätt att verifiera, och MIMIQ-Circ verkar hålla sig mycket bättre i stor skala än vad andra simulatorer gör i liten skala.
Lokal simulering vs nätverkslatens
För att lösa problemet med nätverkslatens, vilket är där du måste skicka data tur och retur över Internet, sa QPerfect att de arbetar med batchjobb, stöd för variationsalgoritmer och en lokal 20-qubit-statsvektorsimulator. Vad jag har sett borde en lokal simulator bekvämt överträffa andra lokala alternativ. Som en bonus behöver du inte skicka din data över Internet, vilket inte alla vill göra i alla fall.
Slutsats
MIMIQ-Circ borde kunna simulera varje kvantkrets som vi möjligen kan köra på varje kvantdator som finns idag, inklusive de två 1000+ processorer som inte är allmänt tillgängliga. Faktum är att MIMIQ-Circ har två stora fördelar jämfört med dessa processorer:
- Det finns inget buller. I avsaknad av kvantfelskorrigering, som vi inte har i produktion, borde MIMIQ-Circ vara kvalitativt bättre än de 1000+ processorerna.
- MIMIQ-Circ har allt-till-alla qubit-anslutning. Även om en av de 1000+ processorerna har potential för allt-till-alla-anslutning, har det inte bekräftats, och den andra har definitivt inte det.
Även om jag fokuserade på stresstestning av MIMIQ-Circ, är det viktigt att upprepa att dess resultat överensstämde kvalitativt med resultaten från de lokala simulatorerna. På de minsta skalorna där andra simulatorer kan fungera är det lätt att bekräfta att MIMIQ-Circ fungerar. Och i stor skala är resultaten av SWAP-testet lovande. MIMIQ-Circ verkar vara snabb, exakt och i en egen liga.
Brian N. Siegelwax är en oberoende Quantum Algorithm Designer och frilansskribent för Inuti Quantum Technology. Han är känd för sina bidrag till kvantberäkningsområdet, särskilt i utformningen av kvantalgoritmer. Han har utvärderat många kvantberäkningsramar, plattformar och verktyg och har delat med sig av sina insikter och rön genom sina skrifter. Siegelwax är också författare och har skrivit böcker som "Dungeons & Qubits" och "Choose Your Own Quantum Adventure". Han skriver regelbundet på Medium om olika ämnen relaterade till kvantberäkning. Hans arbete inkluderar praktiska tillämpningar av kvantdatorer, recensioner av kvantdatorprodukter och diskussioner om kvantdatorkoncept.
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
- PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
- Källa: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/quantum-simulator-leap-looking-at-mimiq-circ-by-qperfect/
