양자 컴퓨팅을 더 저렴하고 더 비싸게 만들기 - Q-CTRL의 파이어 오팔 검토: 작성자: Brian Siegelwax - Inside Quantum Technology

Q-CTRL의 Fire Opal 플랫폼과 양자 컴퓨팅을 더 저렴하게 사용할 수 있다는 주장을 보여주는 그래픽입니다.

By 게스트 작성자 21년 2024월 XNUMX일 게시됨

이 기사는 Q-CTRL을 사용하는 방법을 보여주기 위해 시작되었습니다. 화재 오팔 신청 양자 컴퓨터 하드웨어 액세스 비용을 절약할 수 있습니다. 그리고 그 일이 시작될 것입니다. 그러나 실험이 쉽기 때문에 그 과정에서 예상치 못한 반전이 발견되었습니다.

Q-CTRL의 Fire Opal이 어떻게 혁신적인 솔루션을 찾는지 보여주는 그래픽입니다. (PC Q-CTRL)

첫째: 상당한 비용 절감

Q-CTRL이 게시되었습니다. 기사 "라는 제목의Fire Opal을 통해 양자 컴퓨팅 비용을 2,500배 절감" 그들은 Fire Opal의 QAOA 솔버를 사용하여 "QAOA 알고리즘의 단일 실행에 대한 예상 $89,205에서 단 $32로 추정치가 감소했습니다"라고 주장합니다.

QAOA는 기술적인 측면을 고려하지 않고 매개변수화된 양자 회로를 사용합니다. 매개변수를 추측한 다음 회로를 실행합니다. 결과를 바탕으로 매개변수를 반복적으로 조정하고 허용 가능한 솔루션 근사값에 도달할 때까지 회로를 다시 실행합니다.

여기서 우리가 우려하는 것은 해당 회로를 실행하는 데 드는 비용입니다. 해당 회로를 실행할 때마다 해당 비용이 발생합니다. 결과적으로 우리의 목표는 가능한 최소한의 반복으로 이 알고리즘을 실행하는 것입니다. 그렇게 하는 것이 더 빠르고 저렴합니다.

나는 개인적으로 Fire Opal의 QAOA 솔버를 다른 두 개의 QAOA 솔버와 비교하여 벤치마킹했는데 Fire Opal이 이 반복 횟수를 줄였다는 데는 의심의 여지가 없습니다. Fire Opal은 각 반복 결과의 품질을 극적으로 향상시켜 실제로 대략적인 솔루션에 도달합니다. 솔직히 말해서 다른 두 해결사는 포기했습니다. 따라서 Q-CTRL의 90,000X 주장을 확인하기 위해 개인적으로 $2500를 지출하지는 않지만 Fire Opal이 대략적인 솔루션에 도달하면 회로 실행을 중지한다는 것을 확인할 수 있지만 다른 솔버는 확인할 수 없습니다. 거기 전혀. 이 기사 상단의 특집 이미지는 Q-CTRL에서 가져온 것이며 5700X 절감 효과를 보여 주지만 링크할 관련 기사가 없습니다.

둘째: 무한히 더 많은 돈을 지출

하지만 우리가 정말로 관심을 가져야 할 것은 내결함성 양자 컴퓨팅(FTQC)을 위한 알고리즘입니다. 이러한 알고리즘은 실행하는 데 너무 오랜 시간이 걸리므로 오늘날의 양자 컴퓨터는 엄청난 소음을 반환합니다. 우리는 일반적으로 결과의 품질이나 결과의 부족에 초점을 맞추지만 런타임도 고려해야 할 수도 있습니다. 가격 모델은 각 회로를 실행하는 횟수에 따라 결정될 수도 있지만 실행 시간에 따라 결정될 수도 있습니다. Fire Opal이 회로 실행의 효율성을 향상시킬 수 있다면 런타임 관련 비용이 낮아질 수 있습니다.

저는 Classiq 플랫폼을 사용합니다. 파이썬 SDK 양자 위상 추정(QPE)에 필요한 것과 같은 거대한 회로를 합성합니다. Fire Opal이 얼마나 저렴한지 확인하려면 가능한 가장 큰 회로를 실행하여 명확한 스프레드를 확인해야 합니다.

저는 하나의 계수 큐비트를 사용하는 분자 수소(H2)로 시작했습니다. 익숙하지 않은 경우 QPE는 분자를 나타내는 하나의 레지스터(데이터 큐비트)와 솔루션의 정밀도를 결정하는 하나의 레지스터(카운팅 큐비트)를 사용하여 분자의 바닥 상태 에너지를 계산합니다. 이상적으로는 H2에 2개의 계산 큐비트를 사용하고 싶지만 이미 테스트해 보았지만 현재 하드웨어로는 이를 처리할 수 없습니다. HXNUMX에는 하나의 데이터 큐비트만 필요하므로 이 첫 번째 회로에서는 총 XNUMX개의 큐비트만 사용했습니다.

키스킷(Qiskit)과 파이어 오팔(Fire Opal)은 모두 7초의 IBM 양자 런타임. 그러나 Fire Opal은 오류 완화를 자동으로 적용하여 추가로 21초의 런타임을 소비했습니다. 공평하게 말하면 M3이라는 Qiskit과 동등한 기능을 적용했는데 M3에서는 추가 런타임이 11초만 사용되었습니다. 하나의 계산 큐비트가 있는 H2의 경우 Qiskit이 실제로 런타임 비교에서 승리했습니다.

그러나 나는 두 개의 계산 큐비트를 사용하여 H2를 시도했습니다. 그만큼 키스킷 작업은 실패했지만 Fire Opal 작업은 솔루션을 대략적으로 추정할 수 있을 만큼 충분히 정확하게 완료되었습니다. 정밀도는 필요한 수준과는 거리가 멀지만 적어도 올바른 수준에서는 그렇습니다.

그리고 거기에는 예상치 못한 반전이 있었습니다. 실패한 Qiskit 작업의 비용은 $0.00입니다. Fire Opal 작업이 완료되었기 때문에 아이러니하게도 IBM Quantum 프리미엄 플랜을 사용하면 비용이 무한히 높아집니다.

또한 Fire Opal은 두 개의 계산 큐비트를 사용하여 H2를 통과할 수 있습니다. 저는 개인적으로 2개의 계산 큐비트가 있는 H6와 2개의 계산 큐비트가 있는 11개의 데이터 큐비트가 필요한 분자 산소(O2)에 푸시했습니다. 2개의 계산 큐비트가 있는 O2는 IBM Quantum 런타임의 4분 28초를 소비했으며 결과는 여전히 올바른 야구장에 유지됩니다. 추가로 푸시하면 IBM Quantum에서 오류 메시지가 반환됩니다.

따라서 현재 하드웨어에서 실행할 수 있는 가장 큰 QPE 회로는 초당 $268로 1.60초의 런타임을 소비하며, IBM Quantum 하드웨어에 대한 프리미엄 액세스가 포함된 Fire Opal을 사용하면 $428.80, 작업이 실패하므로 Fire Opal을 사용하지 않으면 $0.00의 비용이 듭니다.

결론: 파이어 오팔이 반드시 더 저렴하지는 않습니다

그들은 "양자"가 직관적이지 않으며 결코 실망하지 않는다고 말합니다. Fire Opal은 반복 횟수를 줄이거나 실행 시간을 단축하여 비용을 낮추는 대신, 더 많은 작업을 수행할 수 있기 때문에 비용이 더 많이 듭니다. $90,000의 비용이 드는 알고리즘을 실행할 수 있습니다. 왜냐하면 그 근처에는 비용이 들지 않기 때문입니다. 그리고 실패하고 비용이 전혀 들지 않는 회로를 실행할 수 있습니다. 따라서 파이어오팔은 실제로 작업한다는 것만으로도 가격이 더 비쌉니다.

브라이언 N. 시겔왁스 독립적인 양자 알고리즘 디자이너이자 프리랜서 작가입니다. 양자 기술 내부. 그는 양자 컴퓨팅 분야, 특히 양자 알고리즘 설계에 기여한 것으로 유명합니다. 그는 수많은 양자 컴퓨팅 프레임워크, 플랫폼 및 유틸리티를 평가했으며 자신의 글을 통해 통찰력과 결과를 공유했습니다. Siegelwax는 작가이기도 하며 "Dungeons & Qubits" 및 "Choose Your Own Quantum Adventure"와 같은 책을 집필했습니다. 그는 정기적으로 양자 컴퓨팅과 관련된 다양한 주제에 대해 Medium에 글을 쓰고 있습니다. 그의 작업에는 양자 컴퓨팅의 실제 적용, 양자 컴퓨팅 제품 리뷰, 양자 컴퓨팅 개념에 대한 토론이 포함됩니다.

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