D-Wave sistemi, anladığım kadarıyla, Ising modellerini programlamamıza ve temel durumlarını bulmamıza izin veriyor. Bu formda, kuantum hesaplaması için evrensel değildir: bir devre modeli kuantum bilgisayarı simüle edemez.
Evrensel yapmak için yapılabilecek en basit şey ne olurdu? Böyle bir şeyin uygulanmamasının nedenleri nelerdir?
Yanıtlar:
Bir kuantum tavlama evrensel yapmak için XX kuplörleri gereklidir.
https://arxiv.org/abs/0704.1287
Onları üretmeye gelince, donanım sorunlarına çok aşina değilim. Belki başka biri bu konuda yorum yapabilir.
Kabul edilen cevapta XX kuplörünün "gerekli" olduğu söylenir.
Ancak YY kuplörler de işi yapardı. Bunun nedeni, bu makalenin VI. Bölümünde açıklanan YY aygıtıdır .
Aslında , kabul edilen cevapta verilen orijinal makale bile, XZ'nin de (sadece XX değil) yeterince iyi olacağını söylüyor. Bu nedenle, YZ de yeterince iyi olmalı, ancak henüz kimse gadget'ı açık bir şekilde oluşturmadı.
D-Wave'in makinelerini evrensel hale getirecek ek kuplörler için bu seçeneklerin dördünden (XX, YY, XZ, YZ), bunlardan biri zaten D-Wave: YY kuplörü tarafından donanımda uygulanmıştır.
2018'de AQC konferansında sunuldu:
Bununla birlikte, bu YY terimlerinin kontrolünde bazı kısıtlamalar vardır ve bunun fiziksel nedeni burada sorumun konusudur: D-Wave'in evrensel kuantum bilgisayarında, YY teriminin neden doğrusal X terimi ile sürülmesi gerekiyor? ?
Evrensel yapmak için yapılabilecek en basit şey ne olurdu?
Bakınız ABD Patenti US9162881B2 "Evrensel adyabatik kuantum bilgisayarın fiziksel gerçeklemeleri" veya burada alıntılanan ABD Başvurusu US20150111754A1 "Süperiletken kubitlerle evrensel adyabatik hesaplama":
Tanım: Dayanak Bu tarifname ve ilişikteki istemler boyunca, "temel" ve "bazlar" terimleri, belirli bir vektör uzayını tamamen tanımlamak için birleştirilebilen doğrusal olarak bağımsız vektörlerin bir kümesini veya kümelerini belirtmek için kullanılır. Örneğin, standart uzamsal Kartezyen koordinatların temeli üç vektör, x ekseni, y ekseni ve z ekseni içerir. Matematiksel fizikte beceri sahibi olanlar, Hamiltonyalıları tanımlamak için kullanılanlar gibi operatör uzayları için bazların tanımlanabileceğini takdir edeceklerdir.
Tanım: Etkili Qubit Bu tarifname ve ekteki istemler boyunca, "etkili qubit" ve "etkili qubit" terimleri, iki seviyeli bir sistem olarak temsil edilebilecek bir kuantum sistemini belirtmek için kullanılır. İlgili teknikte uzman kişiler, iki seviyeli seviyenin çok seviyeli bir kuantum sisteminden izole edilebileceğini ve etkili bir kübit olarak kullanılabileceğini takdir edecektir. Ayrıca, "etkili kübit" ve "etkili kübitler" terimleri, tek bir iki seviyeli sistemi temsil etmek için kullanılabilecek herhangi bir sayıda cihazı içeren bir kuantum sistemini belirtmek için kullanılır. Örneğin, çok sayıda ayrı kubit, birleştirilmiş kubitlerin tüm seti veya bunun bir kısmı tek bir iki seviyeli sistemi temsil edecek şekilde birbirine bağlanabilir.
Evrensel Kuantum Bilgisayarı (UQC), başka herhangi bir kuantum bilgisayarı verimli bir şekilde simüle edebilen bir kuantum bilgisayardır. Bazı düzeneklerde bir Evrensel Adyabatik Kuantum Bilgisayarı (UAQC) adiabatik kuantum hesaplaması ve / veya kuantum tavlama yoluyla herhangi bir kuantum bilgisayarı simüle edebilir. Bazı düzeneklerde bir UAQC, adyabatik kuantum hesaplaması ve / veya kuantum tavlaması yoluyla fiziksel bir kuantum sistemini simüle edebilir.
Yerel kafes spin Hamiltonianların evrensel adyabatik kuantum hesaplaması için kullanılabileceği tespit edilmiştir. Bununla birlikte, kullanılan 2-yerel model Hamiltonyalılar geneldir ve bu nedenle, kuantum işlemcide gerçekleştirilebilecek bilinen etkileşimler olarak, spinler arasında gereken etkileşim türlerini sınırlandırmazlar. 1-yerel enine alana sahip 2-yerel Ising modeli farklı teknolojiler kullanılarak gerçekleştirilmiştir.
Bu kuantum spin modelinin adyabatik kuantum hesaplaması için evrensel olması muhtemel değildir. Bkz. S. Bravyi ve diğerleri, 2006 arXiv: quant-ph / 0606140v4 veya Quant. Enf. Zorunlu. 8, 0361 (2008) 'de tarif edilmiştir. Bununla birlikte, adyabatik kuantum hesaplamanın evrensel hale getirilebildiği ve ayarlanabilir ek olarak ayarlanabilir 2 yerel diyagonal ve diyagonal bağlantılara sahip NP karmaşıklık sınıfının kuantum analogu olan Quantum Merlin Arthur karmaşıklık sınıfına ait olduğu gösterilmiştir 1 - yerel diyagonal ve diyagonal olmayan yanlılıklar .
Diyagonal ve diyagonal olmayan terimler hesaplama esasına göre tanımlanabilir. Bir kübitin durumu, iki temel durumdan biri veya iki temel durumun doğrusal bir üst üste binmesi olabilir. İki devlet hesaplama temelini oluşturur.
Not: Tüm ayrıntılar için Patent'e başvurun.
Böyle bir şeyin uygulanmamasının nedenleri nelerdir?
Kimden: Süper İletken Devrelerle Kuantum Bilgi İşleme: Bir Gözden Geçirme ", G. Wendin (8 Ekim 2017), sayfa 77:
D-Wave Systems makineleri yukarıdan aşağıya inşa edilmiştir - ölçeklendirme, kısa tutarlılık süresine sahip akı kubitlerine ve devrelere dayanır. Teknoloji, Nb rf-SQUID kübitleriyle birleştirilmiş klasik Nb RSFQ devrelerine dayanır ve mevcut D-Wave işlemcilerinin temelini oluşturur. Mimari, uzak kubitlerin (sınırlı) bağlanmasına izin veren çapraz çubuk iletişim otobüsleri ağına dayanmaktadır . Kübitler, dc-sapmasını değiştirerek, kübit enerjilerini ve kübit kübit bağlantılarını değiştirerek çalıştırılır.
Sonuç olarak, makineler ve bileşenleri üzerinde çeşitli deneyler yapılarak tutarlılık ve dolaşıklık özellikleri araştırılmalıdır: Donanım üzerinde fizik deneyleri ve bir dizi kalite güvencesi şeması çalıştırarak performansın “karşılaştırılması”.
Son üç yıl boyunca, konu hızla gelişti ve şimdiye kadar belirli bir ortak anlayış ve fikir birliğine varıldı. Bazı son bildirilerdeki tartışmaya dayanarak, durum aşağıdaki şekilde özetlenebilir:
• D-Wave makinelerinin davranışı kuantum tavlama ile tutarlıdır.
• Şimdiye kadar hiçbir ölçeklendirme avantajı (kuantum hızlanması) görülmemiştir.
• KG, bariyerler dar olduğu sürece hızlı bir şekilde iyi çözümler bulmada etkilidir, ancak geniş engellerle karşılaşıldığında en sonunda takılır
• Milyon kat hız gösteren Google D-Wave 2X sonuçları, cihazın donanım grafiğine mükemmel şekilde uyan yerel örnekler içindir.
• KG donanımıyla iyi eşleşmeyen genel sorunlar için performans önemli ölçüde düşecektir.
• Bu problemler için daha etkin klasik optimizasyon algoritmaları mevcuttur, bu da çoğu problem örneği için mevcut D-Wave 2X cihazından daha iyi performans gösterir. Ancak, yarış devam ediyor.
• Geliştirilmiş mühendislik, özellikle daha hızlı tavlama ve okuma ile, bir kuantum tavlama çalışması gerçekleştirme süresi mevcut nesil KG cihazları üzerinde 100 kat azaltılabilir.
• Ancak, kalibrasyon yanlışlıkları nedeniyle maliyet fonksiyonunun yanlış tanımlanması analog KG cihazlarının performansını engelleyebilecek bir sorundur.
• Diğer bir zorluk, sorunların sınırlı bağlanabilirliğe sahip yerel donanım mimarisine gömülmesidir.
• Analog KG'de kuantum hızlanması ile ilgili açık bir soru var.
• KG hata düzeltmesi gösterilmiştir ve büyük ölçekli gürültü korumalı AQO aygıtlarına doğru yol açabilir.
• Tipik olarak, klasik olarak hesaplama açısından zor problemler de QA cihazları için zor problemler olarak görünmektedir.
• Kuantum hızını göstermek için gelişmiş makine kalibrasyonu, gürültü azaltma, KG çizelgesinin optimizasyonu, daha büyük sistem boyutları ve kişiye özel düzcam sorunları gerekebilir. Ancak zor olanı yargılamak kolay olmayabilir.
• En yeni D-Wave 2000Q sisteminin 2000 qubit ile neler yapabileceğini görmeye devam ediyor.
Not: Tüm ayrıntılar için kağıda bakın.
Patent, açıklamasında biraz daha şifreli:
Şekil l'de açıklanan taklit kuplaj. 9 ve Şek. Şekil 10, daha az gerçek kuplör tipi ile birden çok kuplaj tipinin gerçekleştirilmesine izin verir. Bu, mimarinin belirli kuplör tipleri için en uygun olduğu bir kuantum işlemcide daha fazla çok yönlülük sağlayabilir. Örneğin, herhangi bir nedenden ötürü, sadece ZZ-bağlayıcılarını ve XX-bağlayıcıları uygulamak için en uygun olan süper iletken bir kuantum işlemci, simüle edilmiş XZ ve ZX bağlantısının etkilerini gerçekleştirmek için arabulucu kubitler aracılığıyla simüle edilmiş birleştirme içerebilir.
Teknikte uzman kişiler, mevcut sistemlerde, yöntemlerde ve aparatta öğretilen kübit birleştirme mimarilerini gerçekleştirmek amacıyla, burada tarif edilen çeşitli XX-, ZZ-, XZ- ve ZX-bağlayıcılarının temsil ettiklerini takdir edecektir. bağlama cihazlarının sınırlayıcı olmayan örnekleri. Mevcut sistemlerde, yöntemlerde ve aygıtta tarif edilen tüm bağlantı cihazları, uygulandıkları spesifik sistemin gereksinimlerini karşılamak veya belirli bir uygulamada avantajlı olan belirli bir işlevsellik sağlamak üzere modifiye edilebilir.
Mevcut sistemler, yöntemler ve aparat, bir işlemci mimarisinde en az iki farklı kuplaj mekanizmasının uygulanmasıyla evrensel adyabatik kuantum hesaplamanın fiziksel olarak gerçekleştirilmesini tarif eder. Her bir bağlantı mekanizması, bir birinci ve ikinci bir temel (örneğin, X ve X, X ve Z veya Z ve Z arasında birleştirme) arasında bir bağlantı sağlar, böylece bir "birleştirilmiş temel" (örneğin, XX, XZ veya ZZ) tanımlar. .Mevcut sistemlere, yöntemlere ve düzeneklere göre, her biri en az iki farklı birleştirilmiş baz içeren, en azından iki farklı birleştirilmiş bazın işe yaramadığı kübit birleştirme mimarileri, evrensel adyabatik kuantum hesaplaması için Hamiltoncuları gerçekleştirmek için kullanılır. Örneğin, burada tarif edilen çeşitli düzenekler, evrensel adyabatik kuantum hesaplamanın, bir kubit birleştirme mimarisinde çapraz diyagonal kuplörlerin aynı anda uygulanmasıyla fiziksel olarak gerçekleştirilebileceğini öğretir . Teknikte uzman kişiler, bu konseptin XY-, YX-, YY-, ZY- ve YZ-kuplörleri gibi Y-bazını içeren kuplörlere uzanabileceğini takdir edecektir.
Bu tarifname ve ilişikteki istemler, evrensel kübit bağlanma mimarilerini göstererek, evrensel adyabatik kuantum bilgisayarlar için gerçekleştirilebilir Hamiltonianların fiziksel uygulamalarını tarif eder. Burada tarif edilen evrensel kuplaj şemalarının düzenlemelerinde ortak bir eleman vardır ve bu, kübitler arasında en az iki farklı kuplaj cihazı setinin uygulanmasıdır, burada iki farklı kuplaj cihazı seti tarafından birleştirilen ilgili bazlar işe gidemez. Teknikte uzman kişiler, bu tür işe gidip gelmeyen birleştiricilerin çeşitli farklı düzenlemelerde ve uygulamalarda gerçekleştirilebileceğini ve bu gibi tüm düzenlemelerin pratikte bu tarifnamede açıklanamayacağını takdir edecektir. Böylece, sadece iki fiziksel düzenleme, XX-ZZ birleştirme mimarisi ve XZ-ZX birleştirme mimarisi, Burada, ilgili teknikte uzman bir kişinin, işe gidip gelmeyen kuplörler uygulayan herhangi bir kuantum işlemci mimarisinin uzantısını kabul edeceği kabul edilerek detaylandırılmıştır. Ayrıca, teknikte uzman kişiler bunu takdir edeceklerdir.bazı kuantum algoritmaları veya donanım kısıtlamaları, kuantum işlemcideki etkin kubit sayısı ve / veya kuplör sayısı için minimum gereksinimler getirebilir . Mevcut sistemler, yöntemler ve aparat, XZ ve ZX kuplörlerini simüle etmek için XX ve ZZ kuplörlerinin kullanımını ve ayrıca XX ve ZZ kuplörlerini simüle etmek için XZ ve ZX kuplörlerinin kullanımını açıklar, böylece bir çift gidip gelmeyen kuplör bir kuantum işlemci diğer kuplör şemalarını simüle etmek için kullanılabilir.
[ Yorumum : Temel olarak, sadece çok fazla yer var; ve iyileştirmeler planlanmaktadır.]
Uygulamada biraz daha az şifreli:
Okuma, AQC'de GMQC'ye göre muhtemelen daha zordur. İkinci paradigma içinde, tüm kübitler bir hesaplama sonunda izole edilir. Sonuç olarak, her qubit bir GMQC işlemcisinde bağımsız olarak okunabilir. Aksine, AQC hedeflenen Hamiltonyen ile sona erer. Hamiltoniyen diyagonal olmayan elemanlar içerdiğinde, AQC için okumak bir meydan okuma sunabilir. Okuma işlemi, kubit kayıt dalga fonksiyonunun çökmesini gerektiriyorsa, bu durum artık hedef Hamiltonyanın bir özsayıtı olmayacaktır. Bu nedenle, AQC işlemcideki tüm kubitlerin durumlarının aynı anda sonlu önyargılar ve kuplajlar varlığında yansıtılması için bir yöntem tasarlanması arzu edilir .