System D-Wave, w moim rozumieniu, pozwala nam programować modele Isinga i znajdować ich stany podstawowe. W tej formie nie jest uniwersalny do obliczeń kwantowych: nie może symulować komputera kwantowego z modelem obwodu.
Jaka byłaby najprostsza rzecz, aby uczynić ją uniwersalną? Jakie są powody, dla których coś takiego nie zostało wdrożone?
Odpowiedzi:
Łączniki XX są niezbędne do uniwersalnego wyżarzania kwantowego.
https://arxiv.org/abs/0704.1287
Jeśli chodzi o ich wytwarzanie, nie jestem zbyt zaznajomiony z problemami sprzętowymi. Być może ktoś inny może to skomentować.
W przyjętej odpowiedzi powiedziane jest, że łączniki XX są „konieczne”.
Jednak łączniki YY również wykonałyby to zadanie. Wynika to z gadżetu YY wyjaśnionego w sekcji VI tego artykułu .
W rzeczywistości nawet oryginalny artykuł podany w zaakceptowanej odpowiedzi mówi, że XZ również byłby wystarczający (nie tylko XX). Z tego powodu YZ powinno być wystarczająco dobre, chociaż nikt jeszcze nie skonstruował gadżetu.
Spośród wszystkich czterech opcji (XX, YY, XZ, YZ) dla dodatkowych łączników, które uczynią maszyny D-Wave uniwersalnymi, jedna z nich została już zaimplementowana sprzętowo przez D-Wave: łącznik YY.
Został zaprezentowany na konferencji AQC w 2018 roku:
Istnieją jednak pewne ograniczenia kontroli tych terminów YY, a fizyczny powód tego jest przedmiotem mojego pytania tutaj: w uniwersalnym komputerze kwantowym D-Wave, dlaczego termin YY musi być sterowany wraz z terminem liniowym X ?
Jaka byłaby najprostsza rzecz, aby uczynić ją uniwersalną?
Patrz patent USA US9162881B2 „Fizyczne realizacje uniwersalnego adiabatycznego komputera kwantowego” lub zgłoszenie USA US20150111754A1 „Uniwersalne adiabatyczne obliczenie kwantowe z kubitami nadprzewodzącymi”, które jest cytowane tutaj:
Definicja: Podstawa W niniejszym opisie i załączonych zastrzeżeniach terminy „podstawa” i „zasady” są używane do oznaczenia odpowiednio zbioru lub zbiorów liniowo niezależnych wektorów, które można łączyć, aby całkowicie opisać daną przestrzeń wektorową. Na przykład podstawa standardowych przestrzennych współrzędnych kartezjańskich obejmuje trzy wektory, oś x, oś y i oś Z. Specjaliści w dziedzinie fizyki matematycznej docenią możliwość zdefiniowania podstaw dla przestrzeni operatora, takich jak te używane do opisu hamiltonianów.
Definicja: Efektywny kubit W niniejszym opisie i załączonych zastrzeżeniach terminy „efektywny kubit” i „efektywne kubity” są używane do oznaczenia układu kwantowego, który może być reprezentowany jako układ dwupoziomowy. Specjaliści w tej dziedzinie docenią, że dwa konkretne poziomy mogą być izolowane z wielopoziomowego układu kwantowego i stosowane jako skuteczny kubit. Ponadto określenia „efektywny kubit” i „efektywny kubit” są używane do oznaczenia układu kwantowego zawierającego dowolną liczbę urządzeń, które mogą być użyte do przedstawienia pojedynczego układu dwupoziomowego. Na przykład wiele pojedynczych kubitów może być sprzężonych ze sobą w taki sposób, że cały zestaw lub jego część połączonych kubitów stanowi pojedynczy dwupoziomowy system.
[0061] Uniwersalny komputer kwantowy (UQC) to komputer kwantowy, który jest w stanie skutecznie symulować dowolny inny komputer kwantowy. W niektórych przykładach wykonania Universal Adiabatic Quantum Computer (UAQC) byłby w stanie symulować dowolny komputer kwantowy za pomocą adiabatycznego obliczenia kwantowego i / lub przez wyżarzanie kwantowe. W niektórych przykładach wykonania UAQC byłby w stanie symulować fizyczny układ kwantowy za pomocą adiabatycznego obliczenia kwantowego i / lub przez wyżarzanie kwantowe.
[0062] Ustalono, że hamiltonianie z miejscowym spinem sieciowym mogą być stosowane do uniwersalnego adiabatycznego obliczenia kwantowego. Jednak zastosowany 2-lokalny model Hamiltonianów jest ogólny i dlatego nie ogranicza rodzajów interakcji wymaganych między spinami, aby być znanymi interakcjami, które można zrealizować w procesorze kwantowym. 2-lokalny model Isinga z 1-lokalnym polem poprzecznym został zrealizowany przy użyciu różnych technologii.
[0063] Uważa się, że ten model kwantowego spinu nie jest uniwersalny w adiabatycznym obliczeniu kwantowym. Patrz dyskusja w S. Bravyi i wsp., 2006 arXiv: quant-ph / 0606140v4 lub Quant. Inf. Komp. 8, 0361 (2008). Wykazano jednak, że adiabatyczne obliczenie kwantowe można uczynić uniwersalnym i należy ono do klasy złożoności Quantum Merlin Arthur, kwantowego analogu klasy złożoności NP, poprzez strojenie 2-lokalnych sprzężeń diagonalnych i nie-przekątnych oprócz przestrajalnego 1 -Lokalne diagonalne i nie-diagonalne uprzedzenia .
[0064] Terminy diagonalne i off-diagonalne można zdefiniować w odniesieniu do podstawy obliczeniowej. Stan kubita może być jednym z dwóch stanów bazowych lub liniową superpozycją dwóch stanów bazowych. Oba stany stanowią podstawę obliczeniową.
Uwaga: Szczegółowe informacje można znaleźć w patencie.
Jakie są powody, dla których coś takiego nie zostało wdrożone?
Od: „ Kwantowe przetwarzanie informacji za pomocą obwodów nadprzewodzących: przegląd ” G. Wendina (8 października 2017 r.), Na stronie 77:
Maszyny D-Wave Systems są budowane od góry w dół - skalowanie w górę oparte jest na kubitach strumienia i obwodach o krótkim czasie koherencji. Technologia ta oparta jest na klasycznych obwodach RSFQ Nb w połączeniu z kubitami Nb rf-SQUID i stanowi podstawę obecnych procesorów D-Wave. Architektura oparta jest na poprzecznej sieci magistrali komunikacyjnych, umożliwiającej (ograniczone) łączenie odległych kubitów. Kubity są obsługiwane przez zmienianie napięcia stałego, zmianę energii kubitów i sprzężenie kubitów.
W wyniku tego należy zbadać właściwości koherencji i splątania, przeprowadzając różnego rodzaju eksperymenty na maszynach i ich komponentach: eksperymenty fizyki na sprzęcie i „testowanie wydajności” przy użyciu szeregu schematów zapewniania jakości.
W ciągu ostatnich trzech lat temat szybko ewoluował i do tej pory osiągnięto pewne wspólne porozumienie i konsensus. Na podstawie dyskusji w niektórych ostatnich artykułach sytuację można podsumować w następujący sposób:
• Zachowanie maszyn D-Wave jest zgodne z wyżarzaniem kwantowym.
• Jak dotąd nie zaobserwowano żadnej korzyści skalowania (przyspieszenie kwantowe).
• Kontrola jakości pozwala szybko znaleźć dobre rozwiązania, o ile bariery są wąskie, ale ostatecznie utkną po napotkaniu szerokich barier
• Wyniki Google D-Wave 2X pokazujące milion razy przyspieszenie są dla instancji natywnych, które idealnie pasują do grafu sprzętowego urządzenia.
• W przypadku ogólnych problemów, które nie są dobrze odwzorowane na sprzęcie kontroli jakości, wydajność znacznie spadnie.
• Istnieją jeszcze bardziej wydajne klasyczne algorytmy optymalizacji dla tych problemów, które przewyższają obecne urządzenie D-Wave 2X w większości problemów. Wyścig się jednak rozpoczął.
• Dzięki ulepszonej inżynierii, szczególnie szybszemu wyżarzaniu i odczytowi, czas przeprowadzenia kwantowego wyżarzania można zmniejszyć 100-krotnie w porównaniu z urządzeniami QA obecnej generacji.
• Jednak błędne określenie funkcji kosztu z powodu niedokładności kalibracji stanowi wyzwanie, które może utrudnić działanie analogowych urządzeń zapewniania jakości.
• Kolejnym wyzwaniem jest wbudowanie problemów w natywną architekturę sprzętową o ograniczonej łączności.
• Istnieje otwarta kwestia przyspieszenia kwantowego w analogicznej kontroli jakości.
• Wykazano korektę błędu QA, która może utorować drogę do urządzeń AQO chronionych przed hałasem na dużą skalę.
• Zwykle trudne klasycznie obliczeniowe problemy wydają się być również trudnymi problemami dla urządzeń zapewniania jakości.
• Ulepszona kalibracja maszyny, redukcja szumów, optymalizacja harmonogramu kontroli jakości, większe rozmiary systemu i dostosowane problemy ze szkłem spinającym mogą być potrzebne do wykazania przyspieszenia kwantowego. Jednak to, co trudne, może nie być łatwe do oceny.
• Pozostaje sprawdzić, co najnowszy system D-Wave 2000Q może zrobić z 2000 kubitami.
Uwaga: Szczegółowe informacje można znaleźć w dokumencie.
Wyjaśnienie patentu jest nieco bardziej tajemnicze:
Symulowane sprzęgło opisane na RYS. 9 i RYS. 10 pozwala na realizację wielu rodzajów sprzęgieł przez mniej rzeczywistych typów sprzęgaczy. Może to zapewnić większą wszechstronność w procesorze kwantowym, w którym architektura jest najlepiej dostosowana do określonych typów sprzęgaczy. Na przykład nadprzewodzący procesor kwantowy, który z jakiegokolwiek powodu najlepiej nadaje się do implementacji tylko sprzęgaczy ZZ i sprzęgaczy XX, może zawierać symulowane sprzężenie poprzez kubity mediatora, aby zrealizować efekty symulowanego sprzężenia XZ i ZX.
Specjaliści w tej dziedzinie docenią, że do celów realizacji architektur sprzęgających kubit nauczanych w niniejszych systemach, metodach i urządzeniach, różne przykłady wykonania sprzęgaczy XX, ZZ, XZ i ZX reprezentują nieograniczające przykłady urządzeń sprzęgających. Wszystkie urządzenia sprzęgające opisane w niniejszych systemach, metodach i urządzeniach mogą być modyfikowane w celu dostosowania do wymagań konkretnego systemu, w którym są wdrażane, lub w celu zapewnienia określonej funkcjonalności, która jest korzystna w konkretnym zastosowaniu.
Obecne systemy, metody i aparatura opisują fizyczną realizację uniwersalnego adiabatycznego obliczenia kwantowego poprzez implementację co najmniej dwóch różnych mechanizmów sprzęgających w architekturze jednego procesora. Każdy mechanizm sprzęgający zapewnia sprzężenie między pierwszą a drugą podstawą (na przykład sprzężenie między X i X, X i Z lub Z i Z), tym samym definiując „sprzężoną podstawę” (na przykład XX, XZ lub ZZ) .Zgodnie z obecnymi systemami, metodami i aparatem, architektury sprzęgające kubit, z których każda zawiera co najmniej dwie różne sprzężone zasady, gdzie co najmniej dwie różne sprzężone zasady nie dojeżdżają, są wykorzystywane do realizacji Hamiltonianów do uniwersalnego adiabatycznego obliczenia kwantowego. Na przykład, różne opisane tu przykłady wykonania uczą, że uniwersalne adiabatyczne obliczenie kwantowe może być fizycznie zrealizowane przez równoczesne zastosowanie nie-diagonalnych łączników w architekturach qubit-sprzęgających . Specjaliści w tej dziedzinie docenią, że ta koncepcja może rozciągać się na łączniki, które zawierają podstawę Y, takie jak łączniki XY, YX, YY, ZY i YZ.
Ta specyfikacja i załączone zastrzeżenia opisują fizyczne implementacje możliwych do zrealizowania hamiltonianów dla uniwersalnych adiabatycznych komputerów kwantowych, demonstrując uniwersalne architektury sprzęgające kubit. Istnieje wspólny element przykładów wykonania uniwersalnych schematów sprzęgania opisanych w niniejszym dokumencie, a mianowicie implementacja co najmniej dwóch różnych zestawów urządzeń sprzęgających między kubitami, przy czym odpowiednie podstawy sprzężone przez dwa różne zestawy urządzeń sprzęgających nie dojeżdżają. Specjaliści w tej dziedzinie docenią, że takie nie dojeżdżające do pracy łączniki mogą być realizowane w wielu różnych przykładach wykonania i implementacjach, a wszystkie takie przykłady wykonania nie mogą być praktycznie ujawnione w tej specyfikacji. Zatem tylko dwa fizyczne przykłady wykonania, architektura sprzęgania XX-ZZ i architektura sprzęgania XZ-ZX, są wyszczególnione w niniejszym dokumencie z uznaniem, że każdy specjalista w tej dziedzinie potwierdzi rozszerzenie dowolnej architektury procesora kwantowego implementującego sprzęgacze nie dojeżdżające do pracy. Ponadto specjaliści w tej dziedzinie docenią toniektóre algorytmy kwantowe lub ograniczenia sprzętowe mogą nakładać minimalne wymagania na liczbę efektywnych kubitów w procesorze kwantowym i / lub liczbę łączników . Obecne układy, metody i aparatura opisują zastosowanie łączników XX i ZZ do symulacji łączników XZ i ZX, a także zastosowanie łączników XZ i ZX do symulacji łączników XX i ZZ, co dowodzi, że para łączników nie dojeżdżających do pracy w procesor kwantowy można zastosować do symulacji innych schematów sprzęgania.
[ Mój komentarz : Zasadniczo jest tylko tyle miejsca; i planowane są ulepszenia.]
W aplikacji jest nieco mniej tajemniczy:
[0129] Odczyt jest prawdopodobnie trudniejszy w AQC niż w GMQC. W ramach tego drugiego paradygmatu wszystkie kubity są izolowane na końcu obliczeń. W związku z tym można niezależnie odczytywać każdy kubit w procesorze GMQC. W przeciwieństwie do tego, AQC kończy się z zapewnieniem docelowego hamiltonianu. Gdy Hamiltonian zawiera elementy o przekątnej, odczyt dla AQC może stanowić wyzwanie. Jeśli proces odczytu wymaga załamania się funkcji rejestru rejestrów kubitowych, wówczas stan ten nie będzie już stanem własnym docelowego hamiltonianu. Dlatego pożądane jest opracowanie metody jednoczesnego rzutowania stanów wszystkich kubitów w procesorze AQC w obecności skończonych błędów i sprzężeń .