ควรเปรียบเทียบอุปกรณ์คำนวณควอนตัมที่แตกต่างกันอย่างไร

15

ในปีที่ผ่านมามีการกระตุ้นการสาธิตอุปกรณ์ที่สามารถทำการพิสูจน์หลักการการคำนวณควอนตัมขนาดเล็กที่ไม่ผิดพลาด (หรือเทคโนโลยีควอนตัม Noisy Intermediate-Scale Quantum วิธีที่พวกเขาถูกอ้างถึง )

ด้วยสิ่งนี้ฉันส่วนใหญ่อ้างถึงอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวดและอุปกรณ์ดักจับไอออนที่แสดงโดยกลุ่มต่างๆเช่น Google, Microsoft, Rigetti Computing, กลุ่มของ Blatt (และอาจเป็นอย่างอื่นที่ฉันลืมไปแล้ว)

อุปกรณ์เหล่านี้รวมถึงอุปกรณ์ที่จะติดตามพวกเขามักจะแตกต่างกันอย่างรุนแรงจากกัน (ในแง่ของสถาปัตยกรรมประตูที่ง่ายกว่า / ยากกว่าในการนำไปใช้จำนวน qubit การเชื่อมต่อระหว่าง qubits การเชื่อมโยงและเวลาของประตู และความสามารถในการอ่านข้อมูลความเที่ยงตรงของประตูเพื่อระบุปัจจัยที่ชัดเจนที่สุด)

ในทางตรงกันข้ามมันเป็นเรื่องธรรมดามากในการแถลงข่าวและข่าวที่ไม่ใช่ด้านเทคนิคที่จะพูดว่า "อุปกรณ์ X ใหม่มี Y qubits มากกว่าที่เคยเป็นมาก่อนดังนั้นมันจึงมีพลังมากกว่า"

จำนวนของ qubits นั้นเป็นปัจจัยสำคัญในการประเมินอุปกรณ์เหล่านี้หรือไม่? หรือเราควรใช้การวัดที่แตกต่างกันแทน โดยทั่วไปแล้วจะมีการวัดแบบ "ง่าย" ที่สามารถใช้ในเชิงคุณภาพ แต่มีความหมายเปรียบเทียบอุปกรณ์ต่าง ๆ หรือไม่

architecture technical-standards nisq

— แอลเอส
แหล่งที่มา

5

ฉันคิดว่าคำตอบนั้นขึ้นอยู่กับเหตุผลที่คุณเปรียบเทียบมัน สิ่งต่าง ๆ เช่นปริมาณควอนตัมอาจเหมาะสมกว่าในการกำหนดความคืบหน้าในการพัฒนาอุปกรณ์แทนที่จะแจ้งผู้ใช้อย่างเต็มที่

ตัวอย่างเช่นคุณกำลังซื้อแล็ปท็อปเครื่องใหม่คุณอาจใช้มากกว่าตัวเลขเดียวเมื่อทำการเปรียบเทียบ สิ่งนี้ควรเป็นจริงสำหรับโปรเซสเซอร์ควอนตัม อุปกรณ์มีหลายด้านที่แตกต่างกัน: จำนวนของ qubits, การเชื่อมต่อ, เสียงทุกประเภทที่แตกต่างกัน, เวลาในการวัด บอกสิ่งหนึ่งที่คุณจำเป็นต้องทราบจริง ๆ : สามารถเรียกใช้โปรแกรมที่คุณต้องการเรียกใช้ได้หรือไม่ นั่นคือฉันคิดว่าจะเป็นการเปรียบเทียบที่ตรงประเด็นที่สุดเสมอ แต่มันก็เป็นสิ่งที่เล่ห์เหลี่ยมที่สุด

— James Wootton
แหล่งที่มา

14

นี่เป็นหัวข้อที่ถกเถียงกันอย่างมากและฉันไม่แน่ใจว่าจะมีคำตอบสำหรับคำถามของคุณในเวลาปัจจุบัน อย่างไรก็ตามIEEE (สถาบันวิศวกรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์) ได้เสนอ PAR 7131 - มาตรฐานสำหรับการวัดประสิทธิภาพการคำนวณควอนตัมและการเปรียบเทียบประสิทธิภาพ :

โครงการนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อจัดทำชุดมาตรฐานของตัวชี้วัดประสิทธิภาพและวิธีการมาตรฐานของการเปรียบเทียบความเร็ว / ประสิทธิภาพของฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์การคำนวณควอนตัมประเภทต่างๆรวมถึงการเปรียบเทียบตัวชี้วัดประสิทธิภาพเหล่านี้กับตัวชี้วัดที่เหมือนกันในคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม เอกสารนี้อาจกำหนดความเร็วของคอมพิวเตอร์ควอนตัมสำหรับแอพพลิเคชั่นที่เฉพาะเจาะจงสามารถเปรียบเทียบประสิทธิภาพของคอมพิวเตอร์ได้อย่างง่ายดายและน่าเชื่อถือ

การเปิดเผยอย่างเต็มรูปแบบฉันเป็นประธานปัจจุบันของเวิร์กกรุ๊ปมาตรฐาน Quantum Computing และเหตุผลที่ PAR นี้เสนอมาในครั้งแรกนั้นเป็นเพราะขาดเอกสาร / มาตรฐานในการทดสอบสถาปัตยกรรมควอนตัมคอมพิวเตอร์ต่างๆกับสถาปัตยกรรมคลาสสิกและอื่น ๆ ปัจจัยที่คุณเห็นด้านบน

จำนวน qubit, การเชื่อมต่อระหว่าง qubits, การเชื่อมโยงและเวลาเกต, ความสามารถในการสร้างและการอ่านข้อมูล, ความเที่ยงตรงของเกท

รวมอยู่ทั้งหมดเช่นเดียวกับปัจจัยอื่น ๆ ที่สำคัญเรายังทำงานเพื่อหาวิธีแก้ปัญหาให้ได้มาตรฐาน องค์ประกอบที่มักถูกมองข้ามในการเปรียบเทียบ นักแก้ปัญหาที่ไม่ได้รับการปรับปรุงให้ดีที่สุดมักจะได้รับประโยชน์จากเครื่องควอนตัมเมื่อเปรียบเทียบสถาปัตยกรรมควอนตัมกับสถาปัตยกรรมคลาสสิก นั่นคือตัวแก้ปัญหาที่ทำงานบนสถาปัตยกรรมควอนตัมมักได้รับการปรับให้เหมาะสมที่สุดเมื่อตัวแก้ปัญหาที่ทำงานบนสถาปัตยกรรมแบบคลาสสิกไม่ได้ สิ่งนี้สร้างอคติโดยธรรมชาติในความโปรดปรานของสถ

หากคุณสนใจที่จะมีส่วนร่วมในการพัฒนามาตรฐานนี้โปรดแจ้งให้เราทราบผู้คนจำนวนมากที่เกี่ยวข้องทั้งด้านควอนตัมและคลาสสิกของการถกเถียงก็ยิ่งดี ในระหว่างนี้ PAR จะเริ่มทำงานในไม่ช้าและจะประสานงานความพยายามกับองค์กรมาตรฐานอื่น ๆ เพื่อให้มีมาตรฐานทั่วไปเดียวที่ไม่มีอคติเกิดขึ้นเพื่อช่วยแก้ไขปัญหาประสิทธิภาพและการเปรียบเทียบในอนาคต

— เวอร์ลีย์
แหล่งที่มา

น่าสนใจมากขอบคุณสำหรับคำตอบ คุณช่วยอธิบายเกี่ยวกับสิ่งที่คุณหมายถึงโดย "มาตรฐานแก้ปัญหา"? เมื่อคุณพูดว่า "solvers" คุณหมายถึง compilers หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งว่าอัลกอริธึมที่ใช้ในการสลายประตูควอนตัม?

— glS

1

ยินดีด้วย "solver" ฉันหมายถึงโค้ดทางคณิตศาสตร์ที่ทำงานในแต่ละระบบ ซึ่งอาจอยู่ในรูปแบบของคอมไพเลอร์ซอฟต์แวร์ทางคณิตศาสตร์โปรแกรมแบบสแตนด์อะโลนหรือเป็นซอฟต์แวร์ห้องสมุด

— whurley

9

ในขณะที่จำนวนของ qubits ควรเป็นส่วนหนึ่งของการวัดดังที่คุณบอกว่ามันอยู่ไกลจากทุกสิ่ง

อย่างไรก็ตามเมื่อเปรียบเทียบทั้งสองแตกต่างกันอุปกรณ์ที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิง (เช่นยิ่งยวดและเลนส์เชิงเส้น) ไม่ได้เป็นงานที่ตรงไปตรงมามากที่สุด1

ปัจจัย

ถามเกี่ยวกับการเชื่อมโยงกันและประตูครั้งเทียบเท่ากับการถามเกี่ยวกับความจงรักภักดีและประตูครั้ง1การใช้ประตูให้ยากขึ้นหรือง่ายขึ้นเพียงแค่ส่งผลต่อความจงรักภักดีอีกครั้ง

อัตราการเริ่มต้นการสร้าง qubit / การพัวพันและความสามารถในการอ่านข้อมูล (ฯลฯ ) กำลังจะส่งผลกระทบต่อความถูกต้องโดยรวมรวมถึงสิ่งที่คล้ายกับ 'ความถี่ (โดยเฉลี่ย) ที่เราสามารถทำการคำนวณได้ (ในขณะที่ได้รับผลลัพธ์ แนวคิดของ 'ความซื่อสัตย์สูงพอ') '

ในแง่ของสถาปัตยกรรมยิ่งมาโครสถาปัตยกรรม (เช่น qRAM) จะมีมาตรฐานและมาตรฐานของตัวเองเช่นเวลาที่อ่านข้อมูล 'มีการอ่านตามต้องการหรือไม่' และแน่นอนความซื่อสัตย์

สถาปัตยกรรมขนาดเล็กมากขึ้นสามารถอธิบายได้ภายใต้แนวคิดการเชื่อมต่อเดียวกัน

ตัวชี้วัดอื่นที่มักถูกละเลยคือพลังงาน / ทรัพยากรที่ใช้

โดยรวมแล้วนี่อาจทำให้รายการนี้แคบลงเล็กน้อยแต่ก็ยังเป็นรายการที่เกี่ยวข้องกับการเปรียบเทียบในจำนวนที่พอใช้ เปรียบเทียบอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่ใช้วิธีการเดียวกันคือไม่ได้ว่าตรงไปตรงมา (ที่ระดับปัจจุบันของเทคโนโลยี) โปรเซสเซอร์ที่มีตัวเลขที่สูงขึ้นของ qubits มักจะมี fidelities ต่ำกว่า2

ปริมาณควอนตัม

$2$ $\epsilon_{eff}$

$n$ $n'$

V_{Q} = \underset{n^{'} \leq n}{สูงสุด} นาที {[n^{'}, \frac{1}{ε_{อี ฉ ฉ} (n^{'})}]}^{2} .

$V_Q = \max_{n'\leq n}\min\left[n', \frac{1}{\epsilon_{eff}\left(n'\right)}\right]^2.$

แน่นอนว่าเราต้องการก้าวข้ามจุดวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม เพื่อที่เราจะต้องมีมาตรฐานที่3นี้กำลังมีการวางแผนไว้ตามรายละเอียดในคำตอบของเวอร์ลีย์

อย่างไรก็ตามในขณะที่การเปรียบเทียบระหว่างรายการดังกล่าวจะไม่ตรงไปตรงมามีเสมอวิธีอัตนัยมากขึ้นเช่นควอนตัม Awesomenessที่ความสนุกสนานของเกมขึ้นอยู่กับวิธีการที่ดีหน่วยประมวลผลเป็น4

^{1 ในกรณีนี้ตัวอย่างหนึ่งก็คือเมื่อโฟตอนไม่ทำให้เสียรูปแบบดังนั้นสิ่งนี้จะต้องถูกปรับให้เข้ากับการถามเกี่ยวกับระยะเวลาหรือจำนวนประตูก่อนที่รัฐที่รับรู้จะไม่เหมาะกับสถานะอุดมคติอีกต่อไป เป็นเพียงการขอความซื่อสัตย์หรือความจงรักภักดีและเวลาที่ประตู}

^{2 ฉันได้ลองทำอย่างนี้แล้วและนี่ไม่ใช่งานที่สนุกที่สุดเลย}

^{3 รายการแรกไม่เหมือนในXKCD 927}

^{4 ความเห็นของผู้เขียนคือว่าในขณะที่ความคิดที่น่ากลัวและเป็นประโยชน์ในการรับความคิดของวิธีการที่ดีโปรเซสเซอร์เป็นบอกว่าหนึ่งในหน่วยประมวลผลดีกว่าอีกในเกมดังกล่าวเป็นบิตเกินไปอัตนัยที่จะบอกว่าหนึ่งในหน่วยประมวลผลเป็นจริงดีกว่า อื่น}

— Mithrandir24601
แหล่งที่มา

6

IBM กำลังส่งเสริมปริมาณควอนตัมของพวกเขา(ดูเพิ่มเติมนี้ ) ความคิดในการหาปริมาณพลังงานของเครื่องโมเดลเกทด้วยหมายเลขเดียว ก่อนที่ไอบีเอ็มมีความพยายามจาก Rigetti การกำหนดปัจจัยที่ควอนตัมทั้งหมด ไม่ชัดเจนหากจับสิ่งที่เราต้องการในแง่ของประโยชน์ของอุปกรณ์สำหรับแอปพลิเคชัน สิ่งต่าง ๆ เช่นปริมาตรควอนตัมได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงการทดลองครั้งยิ่งใหญ่ ฉันโน้มตัวไปคิดว่าตัวชี้วัดควรเป็นแอปพลิเคชันที่เฉพาะเจาะจงจริงๆ สำหรับการสุ่มตัวอย่างงานนี้แนะนำให้ใช้คะแนน qBAS

สำหรับการหลอมควอนตัมและวิธีอะนาล็อกที่คล้ายกันดูเหมือนว่าชุมชนจะเห็นด้วยกับเวลาในการแก้ปัญหาและตัวแปร ค่อนข้างเฉพาะแอปพลิเคชันอีกครั้ง

ชุมชนกำลังทำงานเกี่ยวกับการกำหนดตัวชี้วัดและฉันคาดว่าในปี 2018 จะเห็นการทำงานจริงของปัญหาเดียวกันในอุปกรณ์ต่าง ๆ (การเปรียบเทียบเชิงประจักษ์)

— Davide Venturelli
แหล่งที่มา