Το 6-qubit IQM Deneb έχει μια λειτουργία που εγγυώμαι ότι δεν έχετε ξαναδεί σε κβαντικό υπολογιστή. Λέγεται MOVE και μου αρέσει.

Έμπνευση

Η έμπνευση για το IQM Deneb προήλθε από την επιθυμία να "προσομοιώνουν αποτελεσματικά η δυναμική των συστημάτων NMR νανοκλίμακας.» Η ομάδα πρότεινε το κβαντικό ισοδύναμο ενός ολοκληρωμένου τσιπ για συγκεκριμένη εφαρμογή (ASIC) για να το κάνει, το οποίο ονομάζει «κβαντικός υπολογιστής Co-Design». Με άλλα λόγια, το IQM Deneb είναι ειδικά σχεδιασμένο για την επίλυση προβλημάτων που σχετίζονται με το NMR. Αυτά τα προβλήματα έχουν πραγματικές εφαρμογές στη βιολογία, τη χημεία, την επιστήμη των υλικών και την ιατρική. Και αν διαβάσετε την εργασία, υπάρχει επίσης μια ενδιαφέρουσα σχέση με την κβαντική ανίχνευση στερεάς κατάστασης, χρησιμοποιώντας κέντρα κενού αζώτου (NVC) σε διαμάντι για την επίτευξη ανάλυσης νανοκλίμακας της ανίχνευσης και του ελέγχου των πυρηνικών περιστροφών.

Παρά τον ειδικό σκοπό για τον οποίο προοριζόταν αρχικά ο IQM Deneb, εξακολουθεί να είναι ένας παγκόσμιος υπεραγώγιμος κβαντικός υπολογιστής. Αλλά αν μπορείτε να φανταστείτε έναν υπεραγώγιμο κβαντικό υπολογιστή με συνδεσιμότητα all-to-all, όπως η χρήση ενός προσομοιωτή κβαντικού υπολογιστή, αυτό είναι το IQM Deneb. Περίπου.

Εγγενής έναντι μη εγγενούς

Το IQM Deneb δεν έχει πραγματική συνδεσιμότητα all-to-all, αλλά έχει τα qubits του διατεταγμένα γύρω από ένα κεντρικό αντηχείο. ΚΙΝΕΤΕ ένα qubit στον κεντρικό συντονιστή, από όπου οι πύλες CZ μπορούν να εφαρμοστούν σε οποιοδήποτε ή σε όλα τα άλλα qubits. Στη συνέχεια, MOVE το qubit πίσω για να εκτελέσετε λειτουργίες ενός qubit, καθώς και για να μετακινήσετε άλλα qubits, ένα κάθε φορά, στον κεντρικό συντονιστή.

Αν και η λογική δράση είναι διαφορετική, το MOVE έχει την ίδια φυσική με μια λειτουργία iSWAP. Τα MOVE και τα iSWAP διαφέρουν από τα SWAP στο ότι είναι εγγενή, ενώ οι πύλες SWAP δεν είναι εγγενείς και απαιτούν τρεις θορυβώδεις λειτουργίες CNOT για να υλοποιηθούν. Ο κεντρικός συντονιστής επιτρέπει μόνο λειτουργίες MOVE και CZ, ενώ τα qubits επιτρέπουν μόνο λειτουργίες MOVE και single-qubit. Όλη η συνδεσιμότητα qubit, επομένως, εξαρτάται από τον κεντρικό αντηχείο.

Το IQM χαρακτηρίζει δύο MOVE ως ισοδύναμα με ένα SWAP, αλλά αυτός ο χαρακτηρισμός αλλάζει το MOVE. Ανάλογα με τη συνδεσιμότητα ενός υπεραγώγιμου κβαντικού υπολογιστή, ένα SWAP στο κβαντικό κύκλωμά σας μπορεί να απαιτεί πραγματικά πολλά SWAP σε πραγματικό υλικό. Αλλά όταν μετακινείτε ένα qubit στον κεντρικό αντηχείο, έχει συνδεσιμότητα all-to-all και δεν απαιτεί τίποτα επιπλέον. Ένα ζεύγος MOVE είναι αρκετό.

Απεριόριστες δυνατότητες

Το μέγεθος του κεντρικού αντηχείου αναγκάζει τα qubits να απέχουν περισσότερο από το συνηθισμένο, γεγονός που έχει το πλεονέκτημα ότι μειώνει τη συνομιλία μεταξύ τους. Η IQM εκτιμά ότι θα πρέπει να είναι σε θέση να κλιμακώσουν τον επεξεργαστή σε αναλογία 1:20 κεντρικών συντονιστών προς qubits. Και όπως ένα υπεραγώγιμο qubit θα συνδεόταν κανονικά με περισσότερα από ένα άλλα qubit, ένα qubit μπορεί επίσης να συνδεθεί με περισσότερους από έναν κεντρικούς συντονιστές, επιτρέποντας τη συνδεσιμότητα με περισσότερα από 20 qubit.

Μεταμόσχευση

Με την αποποίηση ευθύνης ότι το transpiler δεν έχει ακόμη βελτιστοποιηθεί, βρίσκει ωστόσο ήδη ενδιαφέρουσες αποδόσεις. Όπως και άλλοι transpilers, σύρει λειτουργίες ενός qubit όσο πιο αριστερά μπορεί. Αλλά αυτό που είναι ενδιαφέρον είναι ο αριθμός των πυλών CZ που μπορεί να βρει για εφαρμογή όταν ένα qubit βρίσκεται στον κεντρικό αντηχείο. Ακόμα κι αν ο αριθμός των πυλών CZ δεν μπορεί να μειωθεί, επιδιώκει να ελαχιστοποιήσει τον αριθμό των φορών που πρέπει να κινηθούν τα qubits. Μπορεί επίσης να εντοπίσει ήδη περιττές λειτουργίες στα άκρα των κυκλωμάτων και να τις αφαιρέσει.

Αποτελέσματα του IQM Deneb

Κατά τη διάρκεια της δοκιμής μου κατάφερα να δοκιμάσω πέντε αλγόριθμους. Τα αποτελέσματα μιας κατάστασης GHZ έξι qubit ήταν σωστά και σύμφωνα με το επίπεδο θορύβου που θα περιμένατε από έναν υπεραγώγιμο κβαντικό υπολογιστή πριν εφαρμοστεί ο μετριασμός του σφάλματος μέτρησης. Το παράδειγμά τους QAOA συνέκλινε μόνο σε περίπου δύο λεπτά, το οποίο είναι το ταχύτερο που έχω δει ποτέ χρησιμοποιώντας πραγματικό υλικό. Οι δοκιμές SWAP ήταν σωστές αλλά θορυβώδεις, κάτι που είναι αναμενόμενο με τα βάθη κυκλώματος που σχετίζονται με τις δοκιμές SWAP. 

Λόγω των ταχυτήτων αυτών των πειραμάτων, άρχισα μετά να αυτοσχεδιάζω. Εκτελέστηκε ένας Κβαντικός Μετασχηματισμός Φουριέ (QFT) έξι qubit, οπότε έτρεξα στη συνέχεια ένα κύκλωμα Εκτίμησης Κβαντικής Φάσης (QPE) έξι qubit. Εκτελέστηκε και αυτό. Λόγω του βάθους του κυκλώματος, αυτά δεν προορίζονταν να είναι ποιοτικές δοκιμές, αλλά μάλλον δοκιμές των ορίων του Deneb. Και πάλι, παρά τον ειδικό σκοπό για τον οποίο προοριζόταν αρχικά, εξακολουθεί να είναι ένας πλήρως ικανός καθολικός κβαντικός υπολογιστής.

Συμπέρασμα: Να Deneb ή όχι Deneb

Με αποκλειστική πρόσβαση - όπως εξηγείται στο "Αντηχώντας με το IQM Resonance” – Το IQM Deneb είναι γρήγορο. Κατά τη διάρκεια της δοκιμής μου, ολοκλήρωσα 121 εργασίες, οι οποίες περιελάμβαναν 2 σειρές του παραδείγματος QAOA. Παρακολουθούσα την παρακολούθηση εργασιών κατά τη διάρκεια των εκτελέσεων QAOA και κάθε λίγα δευτερόλεπτα η επόμενη επανάληψη δημιουργούσε ουρά. Κατά συνέπεια, όπως σημειώθηκε προηγουμένως, 2 προβλήματα Max-Cut επιλύθηκαν σε περίπου 2 λεπτά το καθένα, παρόλο που χρειάζονταν 54 και 50 επαναλήψεις, αντίστοιχα.

Αλλά το πραγματικό αστέρι της εκπομπής – και η τοπολογία, συγχωρέστε με το λογοπαίγνιο – είναι ο χειριστής MOVE. Αν και το μετατροπέα το κάνει καλύτερα, ο χειροκίνητος σχεδιασμός κυκλώματος είναι διαφωτιστικός. Μόλις μετακινήσετε ένα qubit στον κεντρικό αντηχείο, ξαφνικά έχει συνδεσιμότητα με όλα τα άλλα qubits. Η μεγαλύτερη συνδεσιμότητα που θα βρείτε σε οποιονδήποτε άλλο υπεραγώγιμο κβαντικό υπολογιστή είναι 1:4, αλλά μπορεί να βρείτε συνδεσιμότητα τόσο κακή όσο 1:1. Στο εγγύς μέλλον, το IQM θα μπορούσε ενδεχομένως να προσφέρει συνδεσιμότητα 1:19, με την οποία θα είναι πολύ ενδιαφέρον να παίξετε.

Brian N. Siegelwax είναι ανεξάρτητος σχεδιαστής Quantum Algorithm και ανεξάρτητος συγγραφέας για Μέσα στην Κβαντική Τεχνολογία. Είναι γνωστός για τη συνεισφορά του στον τομέα των κβαντικών υπολογιστών, ιδιαίτερα στον σχεδιασμό κβαντικών αλγορίθμων. Έχει αξιολογήσει πολλά πλαίσια κβαντικών υπολογιστών, πλατφόρμες και βοηθητικά προγράμματα και έχει μοιραστεί τις ιδέες και τα ευρήματά του μέσω των γραπτών του. Ο Siegelwax είναι επίσης συγγραφέας και έχει γράψει βιβλία όπως «Dungeons & Qubits» και «Choose Your Own Quantum Adventure». Γράφει τακτικά στο Medium για διάφορα θέματα που σχετίζονται με τον κβαντικό υπολογισμό. Το έργο του περιλαμβάνει πρακτικές εφαρμογές του κβαντικού υπολογισμού, ανασκοπήσεις προϊόντων κβαντικών υπολογιστών και συζητήσεις για τις έννοιες του κβαντικού υπολογισμού.

Κατηγορίες:
Καλεσμένο άρθρο, φωτονική, κβαντική υπολογιστική, έρευνα

Ετικέτες:
Μπράιαν Σίγκελγουοξ, ΟΠΔ, IQM Deneb

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/i-like-to-move-it-move-it-with-iqm-deneb-by-brian-siegelwax/