By Brian Siegelwax đăng ngày 22 tháng 2024 năm XNUMX
Cách đây vài năm, trình mô phỏng máy tính lượng tử còn khá hạn chế. Trên máy tính xách tay, có thể bạn có thể mô phỏng khoảng 10 qubit. Thông qua đám mây, bạn có thể mô phỏng khoảng 20. Tùy thuộc vào những gì bạn đang chạy, các thuật toán có số lượng qubit thấp này có thể mất hàng giờ để xử lý. Trên thực tế, tôi đã phát hiện ra giới hạn thời gian chạy 10,000 giây của trình mô phỏng đám mây trong khi chỉ sử dụng khoảng 20 qubit. Tôi đã đợi 2.75 giờ chỉ để nhận được thông báo lỗi ở cuối.
Trong những năm kể từ đó, máy tính lượng tử đã được cải tiến rất nhiều, nhưng các trình mô phỏng của chúng cũng vậy. Tôi chưa thử nghiệm tất cả nhưng thường thấy những tuyên bố về khả năng mô phỏng 30-40 qubit. Chúng ta cũng đã chứng kiến sự gia tăng của trình mô phỏng, là những trình mô phỏng có mô hình tiếng ồn bắt chước các loại máy tính lượng tử cụ thể hoặc thậm chí là máy tính lượng tử cụ thể.
Gần đây hơn, chúng ta đã chứng kiến sự tăng trưởng trong việc sử dụng mạng tensor. Những bộ giải cổ điển này có thể yêu cầu mô phỏng hơn 100 qubit. Bây giờ đến đây QHoàn hảo, trong đó tuyên bố của họ MIMIQ-Circ gia đình trong số các trình mô phỏng có thể xử lý hàng trăm qubit, có thể lên tới vài nghìn qubit. Tôi đã được cấp quyền truy cập trong thời gian ngắn và tôi đã sử dụng thời gian này để kiểm tra các tuyên bố của họ.
MIMIQ-Circ, bởi QPerfect
Thách thức của máy tính lượng tử mô phỏng cổ điển là mỗi qubit vướng víu mà chúng ta thêm vào sẽ nhân đôi dung lượng bộ nhớ chúng ta cần để biểu diễn hệ lượng tử. Một cách để giảm yêu cầu bộ nhớ tổng thể là không mô tả đầy đủ hệ thống. Yêu cầu về bộ nhớ vẫn tăng theo cấp số nhân, nhưng số lượng nhỏ hơn đang tăng gấp đôi. Một cách khác để mô phỏng nhiều qubit hơn là hạn chế các hoạt động có thể được thực hiện, như trường hợp của trình mô phỏng Clifford, có thể mô phỏng vài nghìn qubit.
MIMIQ-Circ tuân theo cách tiếp cận đầu tiên, sử dụng không gian trạng thái một phần với tập hợp đầy đủ các thao tác. Số lượng qubit không cao bằng trình mô phỏng Clifford, nhưng nó cao hơn nhiều so với các trình mô phỏng khác.
MIMIQ-Circ thực chất là một nhóm nhỏ các trình mô phỏng: trình mô phỏng vectơ trạng thái và trình mô phỏng MPS.
Mô phỏng Statevector
Trong thời gian dùng thử hiện tại, QPerinf đang giới hạn trình mô phỏng vectơ trạng thái của mình ở mức chỉ 32 qubit và giới hạn bắn là 2 qubit.16. Nó không thực sự trả về vectơ trạng thái, đại diện cho trạng thái của các qubit trước khi đo, nhưng đó là trong quy trình và có một cách để có được nó trong thời gian chờ đợi. Hiện tại, nó trả về một mẫu được đếm, như thể bạn đang sử dụng trình mô phỏng QASM.
Điều thú vị là tôi đã so sánh cài đặt cục bộ của trình mô phỏng với trình mô phỏng MIMIQ-Circ được lưu trữ trên đám mây. Điều này đặt MIMIQ-Circ vào thế bất lợi rõ rệt vì dữ liệu phải thực hiện một vòng qua Internet.
Tôi đã thử nghiệm các trình mô phỏng dựa trên các mạch QPE và HHL, đây là một số mạch lượng tử sâu nhất mà bạn sẽ tìm thấy. Ở quy mô nhỏ nhất, việc triển khai cục bộ nhanh hơn. Nhưng khi tôi tăng số lượng qubit, MIMIQ-Circ trở nên nhanh hơn ngay cả khi gặp sự cố Internet.
Để cho bạn thấy điều này xảy ra với QPE nhanh như thế nào, tôi đã sử dụng hydro phân tử, đây là phân tử nhỏ nhất mà chúng tôi có thể sử dụng. Để thực hiện một phép tính chính xác, chúng ta cần tổng cộng chín qubit. Và với tổng cộng chín qubit, MIMIQ-Circ trên đám mây đã nhanh hơn các trình mô phỏng cục bộ. Với HHL, MIMIQ-Circ đã gắn một trình mô phỏng cục bộ ở mức 15 qubit và vượt qua nó ở mức 16 qubit.
MIMIQ-Circ đủ hiệu quả để ngay cả khi có độ trễ mạng, nó vẫn vượt qua các trình mô phỏng cục bộ. Điều quan trọng là kết quả của MIMIQ-Cirq phù hợp về mặt chất lượng với các trình mô phỏng cục bộ, tạo niềm tin rằng nó thực sự hoạt động.
Mô phỏng MPS
Đây là trình mô phỏng mạng tensor được cho là có thể mô phỏng hàng trăm qubit. Nhưng bạn không thể làm điều đó ở bất cứ nơi nào khác, vì vậy tôi không có mạch lượng tử lớn như vậy nằm rải rác xung quanh. May mắn thay, thật dễ dàng để xây dựng một mạch lớn bằng chương trình con có tên là Kiểm tra SWAP. Vì vậy, tôi đã xây dựng một mạch lớn, chạy nó, mở rộng quy mô và chạy lại cho đến khi MIMIQ-Circ cuối cùng bị hỏng.
MIMIQ-Circ xử lý mạch 1401 qubit chỉ trong chưa đầy 6 phút.
Ở đâu đó trong khoảng từ 1401 đến 1421 qubit với khoảng từ 700 đến 710 cổng SWAP được kiểm soát, MIMIQ-Circ cuối cùng cũng bắt đầu trả về các lỗi thời gian chạy. Nhiều hơn gần 1400 qubit so với mức mà trình mô phỏng máy tính lượng tử trung bình của bạn có thể xử lý.
Điều quan trọng là ở quy mô nhỏ, kết quả của MIMIQ-Circ phù hợp về mặt chất lượng với các mô phỏng cục bộ. Thật không may, các trình mô phỏng khác không mở rộng quy mô được nhiều. Tuy nhiên, Kiểm tra SWAP rất dễ xác minh và MIMIQ-Circ dường như hoạt động tốt hơn ở quy mô lớn so với các trình mô phỏng khác ở quy mô nhỏ.
Mô phỏng cục bộ so với độ trễ mạng
Để giải quyết vấn đề về độ trễ mạng, tức là bạn phải gửi dữ liệu khứ hồi qua Internet, QPerinf cho biết họ đang thực hiện các công việc hàng loạt, hỗ trợ thuật toán biến thiên và trình mô phỏng vectơ trạng thái 20 qubit cục bộ. Từ những gì tôi đã thấy, một trình mô phỏng cục bộ phải hoạt động tốt hơn các lựa chọn thay thế cục bộ khác một cách thoải mái. Như một phần thưởng, bạn sẽ không phải gửi dữ liệu của mình qua Internet, điều mà không phải ai cũng muốn làm.
Kết luận
MIMIQ-Circ phải có khả năng mô phỏng mọi mạch lượng tử mà chúng ta có thể chạy trên mọi máy tính lượng tử hiện nay, bao gồm cả hơn 1000 bộ xử lý chưa được công bố rộng rãi. Trên thực tế, MIMIQ-Circ có hai ưu điểm chính so với các bộ xử lý này:
- Không có tiếng ồn. Trong trường hợp không có tính năng sửa lỗi lượng tử mà chúng tôi không có trong sản xuất, MIMIQ-Circ phải tốt hơn về mặt chất lượng so với hơn 1000 bộ xử lý.
- MIMIQ-Circ có kết nối qubit toàn diện. Mặc dù một trong hơn 1000 bộ xử lý có tiềm năng kết nối tất cả với tất cả, nhưng điều đó vẫn chưa được xác nhận và bộ xử lý còn lại chắc chắn là không.
Mặc dù tôi tập trung vào thử nghiệm căng thẳng MIMIQ-Circ, nhưng điều quan trọng cần nhắc lại là kết quả của nó phù hợp về mặt chất lượng với kết quả của các trình mô phỏng cục bộ. Ở quy mô nhỏ nhất mà các trình mô phỏng khác có thể hoạt động, thật dễ dàng để xác nhận rằng MIMIQ-Circ hoạt động. Và ở quy mô lớn, kết quả của Thử nghiệm SWAP rất hứa hẹn. MIMIQ-Circ có vẻ nhanh, chính xác và đạt đẳng cấp riêng.
Brian N. Siegelwax là Nhà thiết kế thuật toán lượng tử độc lập và là nhà văn tự do cho Công nghệ lượng tử bên trong. Ông được biết đến với những đóng góp cho lĩnh vực điện toán lượng tử, đặc biệt là trong việc thiết kế các thuật toán lượng tử. Anh ấy đã đánh giá nhiều khung, nền tảng và tiện ích điện toán lượng tử, đồng thời đã chia sẻ những hiểu biết và phát hiện của mình thông qua các bài viết của mình. Siegelwax cũng là một tác giả và đã viết những cuốn sách như “Dungeons & Qubits” và “Chọn cuộc phiêu lưu lượng tử của riêng bạn”. Anh ấy thường xuyên viết trên Medium về nhiều chủ đề khác nhau liên quan đến điện toán lượng tử. Công việc của ông bao gồm các ứng dụng thực tế của điện toán lượng tử, đánh giá các sản phẩm điện toán lượng tử và thảo luận về các khái niệm điện toán lượng tử.
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/quantum-simulator-leap-looking-at-mimiq-circ-by-qperfect/
