Ile operacji może wykonać komputer kwantowy na sekundę?

Chcę wiedzieć, która złożoność czasu jest uważana za wydajną / nieefektywną dla komputerów kwantowych. W tym celu muszę wiedzieć, ile operacji komputer kwantowy może wykonać na sekundę. Czy ktoś może mi powiedzieć, jak to obliczyć i od jakich czynników to zależy (szczegóły wdrożenia lub liczba kubitów itp.)?

Podanie oszacowania dla ogólnego układu kwantowego jest niemożliwe, ponieważ w tej chwili nie ma standardowej implementacji.

Niemniej jednak możliwe jest oszacowanie tej liczby dla konkretnego układu kwantowego, z informacjami dostarczonymi online. Znalazłem informacje o czipach IBM Q, więc oto odpowiedź na czip IBM Q 5 Tenerife . W linku znajdziesz informacje o układzie, ale nic o taktowaniu. Musisz uzyskać dostęp do dziennika wersji chipa (poprzez link podany na stronie z chipami IBM Q 5 Tenerife ). W tej wersji dziennika przejdź do sekcji „Specyfikacja bramki”, będziesz mieć następujące informacje (więcej wyjaśnień poniżej):

1. Czas na „GD”, czyli 60ns w powyższym linku.
2. Wiele razy dla „GF” (weźmy 200ns dla poniższych obliczeń).
3. „Czas bufora”, który w linku powyżej wynosi 10ns.

Ale co oznaczają „GD”, „GF” lub „czas buforowania”? Są to podstawowe operacje fizyczne , tj. Operacje, które będą wykonywane na fizycznym kubicie. Te fizyczne operacje są następnie wykorzystywane do implementacji niektórych podstawowych bramek kwantowych. Dekompozycję 4 podstawowych bram kwantowych zaplecza IBM Q pod względem tych fizycznych operacji można znaleźć na stronie z chipami IBM Q 5 Teneryfa . Skopiowałem poniższą ilustrację.

Oprócz „GD” i „GF” istnieje fizyczna operacja „FC”, która nie pojawia się w taktowaniu. Wynika to z faktu, że ta operacja „FC” po prostu „zmienia ramkę następujących impulsów” (powołując się na Jaya Gambetę z rozmowy na QISKit Slack), a zatem operacja „FC” ma koszt (czas zastosowania) równy 0.

„Czas buforowania” to tylko czas przerwy między poszczególnymi aplikacjami operacji fizycznych.

Wreszcie możemy obliczyć czas potrzebny do zastosowania każdej bramki bazowej na tym konkretnym backendie:

1. U1 : 0ns
2. U2 : 70ns = 0ns + 60ns + 10ns (bufor) + 0ns
3. U3 : 140ns = 0ns + 60ns + 10ns (bufor) + 0ns + 60ns + 10ns (bufor) + 0ns
4. CX : 560ns = 0ns + 60ns + 10ns (bufor) + 200ns + 10ns (bufor) + 60ns + 10ns (bufor) + 200ns + 10ns (bufor)

Na podstawie tych czasów można wydedukować liczbę operacji na sekundę, które może wykonać backend ibmqx4.

Przyjmując 200ns na operację jako przybliżone przybliżenie średniego czasu operacji, otrzymujesz 5 000 000 operacji na sekundę.

Dane dla innych backendów można znaleźć w repozytorium GitHub qiskit-backend-information .

Istnieje istotna różnica między operacjami fizycznymi a operacjami logicznymi .

Operacje fizyczne, które będą nieco niedoskonałe, wykonywane na kubitach, które są również niedoskonałe. Szybkość ich wykonywania zależy od tego, jaki system fizyczny jest używany do realizacji kubitów. Na przykład kubity nadprzewodzące mogą wykonywać dwie bramki kubitowe (najwolniejsze) w czasie rzędu 100 ns (patrz odpowiedź Nelimee ).

Łącząc wiele fizycznych kubitów i wykonując proces z dużą ilością operacji fizycznych, możemy budować logiczne kubity . Wykonując korekcję błędów, kubity i wykonywane na nich operacje mogą być dowolnie dokładne. Są to operacje wymagane do implementacji algorytmów kwantowych.

Obecnie jest zbyt wiele niewiadomych, by dać ci częstotliwość operacji logicznych. Zwłaszcza, że ​​jeszcze nie zbudowano jeszcze logicznych kubitów dowodowych (przynajmniej z kwantowymi kodami korekcji błędów). Zależy to od niedoskonałości fizycznych kubitów i operacji, a także od tego, ile musimy zrobić, aby wszystko oczyścić. Zależy to od tego, jakiego rodzaju kodu korygującego błąd używamy, co z kolei zależy od zestawu instrukcji naszych procesorów kwantowych (tj. Które pary kubitów mogą mieć bezpośrednio na sobie dwie bramki kubitowe). A to zależy od tego, ile hałasu jesteśmy skłonni mieć, ponieważ lepsze architektury często kosztują hałas. Istnieje więc wiele współzależności i wiele pozostaje do rozwiązania.