Farklı kuantum hesaplama cihazları nasıl karşılaştırılmalıdır?

Son yıllarda, prensip, küçük ölçekli, hataya dayanıklı olmayan kuantum hesaplama (veya Gürültülü Orta Ölçekli Kuantum teknolojileri, bunlara nasıl atıfta bulunuldu ) kanıtı gerçekleştirebilen cihazların gösterileri teşvik edildi .

Bununla çoğunlukla Google, Microsoft, Rigetti Computing, Blatt grubu (ve muhtemelen şu anda unutacağım diğerleri) gibi grupların gösterdiği süper iletken ve iyon tuzağı cihazlarından bahsediyorum.

Bu cihazlar ve onları takip edecek olanlar, genellikle birbirinden kökten farklıdır (mimari, uygulanması daha zor / zor olan kapılar, kubit sayısı, kübitler arasındaki bağlantı, tutarlılık ve kapı süreleri, nesil açısından ve okuma yetenekleri, kapı uygunlukları, en belirgin faktörleri belirtmek için).

Öte yandan, basın bültenlerinde ve teknik olmayan haberlerde "yeni X cihazında Y öncekinden daha fazla kubit var, bu yüzden çok daha güçlü" demek çok yaygın.

Kubit sayısı bu cihazları değerlendirmek için gerçekten önemli bir faktör mü? Yoksa bunun yerine farklı metrikler mi kullanmalıyız? Daha genel olarak, farklı cihazları niteliksel olarak, ancak anlamlı olarak karşılaştırmak için kullanılabilecek "basit" metrikler var mı?

Bence cevap neden onları karşılaştırdığınıza bağlı. Kuantum hacmi gibi şeyler, son kullanıcıları tam olarak bilgilendirmek yerine, cihazların geliştirilmesindeki ilerlemeyi tanımlamak için daha uygundur.

Örneğin, yeni bir dizüstü bilgisayar satın alıyorsunuz, muhtemelen bunları karşılaştırırken tek bir numaradan daha fazlasını kullanıyorsunuz. Aynı şey kuantum işlemciler için de geçerli olmalıdır. Bir cihazın birçok farklı yönü vardır: qubit sayısı, bağlantı, tüm farklı gürültü türleri, ölçüm süresi (ve böylece ölçüm sonuçlarından geri bildirim mümkün olup olmadığı), kapı çalışma süreleri, vb. size bilmeniz gereken tek şeyi söyleyelim: çalıştırmak istediğiniz programı çalıştırabilir mi? Yani, bence, her zaman en uygun karşılaştırma olacak. Ama aynı zamanda en zoru.

Bu çok tartışılan bir konudur ve şu anda sorunuzun bir cevabı olduğundan emin değilim. Bununla birlikte, IEEE (Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Enstitüsü) PAR 7131 - Kuantum Hesaplama Performans Metrikleri ve Performans Kıyaslaması için Standart önerdi :

Bu projenin amacı, çeşitli kuantum hesaplama donanım ve yazılımlarının hızını / performansını karşılaştırmak için standartlaştırılmış bir performans metrikleri seti ve standartlaştırılmış bir metodoloji sağlamak ve bu performans metriklerini, kullanıcıların klasik bilgisayarlardaki özdeş metriklerle karşılaştırmaktır. bu belge, belirli bir uygulamanın bilgisayar performansını kolayca ve güvenilir bir şekilde karşılaştırabileceği bir kuantum bilgisayarın hızını belirleyebilir.

Tam açıklama Kuantum Hesaplama Standartları Çalışma Grubunun şu anki Başkanıyım ve bu PAR'ın başlangıçta teklif edilmesinin nedeni, çeşitli kuantum bilgisayar mimarilerinin klasik mimarilere ve birbirlerine karşı test edilmesine ilişkin dokümantasyon / standartların eksikliğinden kaynaklanıyordu. Yukarıda gördüğünüz faktörler

kubit sayısı, kübitler arasındaki bağlantı, tutarlılık ve geçit süreleri, üretim ve okuma özellikleri, geçit uygunlukları

tüm diğer faktörler gibi dahil edilmiştir. Daha da önemlisi çözücüleri standartlaştırmanın bir yolu üzerinde çalışıyoruz; kıyaslamada genellikle gözden kaçan bir bileşen. Optimize edilmemiş çözücüler, kuantum mimarileri ile klasik mimarileri karşılaştırırken genellikle bir kuantum makinesine fayda sağlar. Yani, kuantum mimarisinde çalışan çözücü, klasik mimaride çalışan çözücünün olmadığı yerlerde her zaman optimize edilir. Bu, kuantum mimarisi lehine içkin bir önyargı yaratır.

Bu standardın geliştirilmesine katılmak istiyorsanız, lütfen bana bildirin, argümanın hem kuantum hem de klasik taraflarından ne kadar çok insan olursa o kadar iyi imho. Bu arada PAR kısa süre içinde çalışmaya başlayacak ve çabalarını diğer standart organizasyonlarıyla koordine edecek, böylece önyargısız tek bir ortak standart, gelecekteki performans ve kıyaslamaya yönelik olarak yardımcı olabilir.

Her ne kadar kübit sayısı böyle bir metriğin parçası olsa da , her şeyden çok uzaktır.

Ancak, iki farklı tamamen farklı cihazı karşılaştırmak (örneğin süper iletken ve doğrusal optik) en basit görev ^{1 değildir} .

Faktörler

Tutarlılık ve kapı süreleri hakkında sorma sadakat ve kapı süreleri hakkında soran eşdeğerdir ¹ . Daha zor veya uygulanması daha kolay olan kapılar sadece aslına uygunluğu etkiler.

Başlatma oranı, kübit / dolaşıklık oluşturma ve okuma yetenekleri (vb.) Genel sadakatleri ve bazılarına 'ne kadar sık ​​(ortalama) bir hesaplama yapabileceğimizi (yeterince yüksek bir sadakat sonucu elde ederken) etkileyecektir. 'yeterince yüksek sadakat' fikri).

Mimari açısından, daha fazla makro-mimari (örneğin qRAM), okuma süresi gibi 'standartlar okuma mı?' Gibi kendi standartlarına ve kriterlerine sahip olacaktır. ve tabii ki, sadakat.

Daha fazla mikro mimari aynı bağlantı kavramları altında tarif edilebilir.

Sıklıkla göz ardı edilen bir diğer ölçü de kullanılan güç / kaynaktır.

Genel olarak, bu listeyi biraz daraltmış olabilir , ancak yine de adil bir karşılaştırma içeren bir liste. Aynı yöntemi kullanan farklı cihazları karşılaştırmak (mevcut teknoloji seviyelerinde) kadar basit değildir, daha fazla sayıda kubite sahip işlemciler genellikle daha düşük doğruluklara sahiptir ² .

Kuantum hacmi

$2$$\epsilon_{eff}$

$n$$n'$

Tabii ki, bilim noktasının ötesine ve mühendisliğe geçmek istiyoruz. Bunun için standart ^3'e ihtiyacımız var . Whurley'in cevabında ayrıntılarıyla anlatıldığı gibi, bu şu anda planlanmaktadır .

Böyle listelerin arasındaki karşılaştırmaların basit olmayacak gibi Ancak, örneğin, her zaman daha sübjektif bir yolu vardır Kuantum Awesomeness oyunun zevki işlemcisi ne kadar iyi bağlıdır, ⁴ .

^{Bu özel durumda, bir örnek, fotonlar çözülmediği için, bu durum, gerçekleşen durumdan önce ideal duruma iyi bir yaklaşım olmaktan önce geçen süreyi veya kapı sayısını soracak şekilde uyarlanmalıdır. sadece sadakat veya sadakat ve kapı zamanları istiyor}

^{2 En azından bu kadar denedim ve bu bile en eğlenceli görev değil}

^{3 İlk, XKCD 927'den farklı olarak}

^{4 Yazarın düşüncesi, müthiş bir fikir ve bir işlemcinin ne kadar iyi olduğu hakkında bir fikir edinmek için yararlı olsa da, böyle bir oyunda bir işlemcinin diğerinden daha iyi olduğunu söyleyerek, bir işlemcinin gerçekten daha iyi olup olmadığını söylemek için biraz fazla öznel olduğunu söyler. bir diğeri}

IBM, bir kapı modeli makinesinin gücünü tek bir sayı ile ölçmek için kuantum hacmi (ayrıca buna bakın ) fikrini teşvik ediyor . IBM'den önce, Rigetti'den toplam bir kuantum faktörü tanımlama girişimi vardı . Uygulamalar için cihazların kullanışlılığı açısından istediğimizi yakalayıp yakalamadığı belirsiz. Kuantum hacmi gibi şeyler, üstünlük deneyleri göz önünde bulundurularak tasarlandı, bana göre. Bir metriğin gerçekten uygulamaya özgü olması gerektiğini düşünmek eğilimindeyim. Örnekleme için bu çalışma qBAS skorunun kullanılmasını önerdi .

Kuantum tavlama ve benzer analog yaklaşımlar için topluluk, çözüm zamanı ve varyantları konusunda hemfikirdir ; bir kez daha oldukça uygulama özellikleri.

Topluluk metrikleri tanımlamak için çalışıyor ve 2018'de aynı sorunun gerçek cihazlarını farklı cihazlarda görmesini bekliyorum (ampirik karşılaştırma).