विभिन्न क्वांटम कंप्यूटिंग उपकरणों की तुलना कैसे की जानी चाहिए?

Question

पिछले वर्षों में, सिद्धान्त, छोटे पैमाने पर, गैर-दोष-सहिष्णु क्वांटम अभिकलन (या शोर इंटरमीडिएट-स्केल क्वांटम प्रौद्योगिकियों, वे कैसे संदर्भित किए गए हैं ) के प्रमाण का प्रदर्शन करने में सक्षम उपकरणों का प्रदर्शन किया गया है ।

इसके साथ मैं ज्यादातर Google, Microsoft, Rigetti Computing, Blatt के ग्रुप (और शायद अन्य जो अब मैं भूल रहा हूँ) जैसे समूहों द्वारा प्रदर्शित सुपरकंडक्टिंग और आयन ट्रैप डिवाइसों का जिक्र कर रहा हूँ।

ये उपकरण, साथ ही साथ जो उनका अनुसरण करेंगे, वे अक्सर एक-दूसरे से मौलिक रूप से भिन्न होते हैं (वास्तुकला के संदर्भ में, फाटक जो लागू करने के लिए आसान / कठिन हैं, क्वेट की संख्या, क्वेट के बीच संपर्क, जुटना और गेट समय, पीढ़ी और सबसे स्पष्ट कारकों के नाम पर रीडआउट क्षमताएं, गेट फिडेलिटीज़)।

दूसरी ओर, प्रेस विज्ञप्ति और गैर-तकनीकी समाचारों में यह कहना बहुत आम है कि "नए एक्स डिवाइस में पहले की तुलना में वाई अधिक मात्रा में है, इसलिए यह इतना अधिक शक्तिशाली है"।

क्या वास्तव में इन उपकरणों का आकलन करने के लिए क्विट की संख्या इतनी महत्वपूर्ण कारक है? या हमें इसके बजाय विभिन्न मैट्रिक्स का उपयोग करना चाहिए? अधिक आम तौर पर, "सरल" मीट्रिक होते हैं जिनका उपयोग गुणात्मक रूप से किया जा सकता है, लेकिन सार्थक रूप से, विभिन्न उपकरणों की तुलना करें?

Answer 1

मुझे लगता है कि उत्तर इस बात पर निर्भर करता है कि आप उनकी तुलना क्यों कर रहे हैं। क्वांटम वॉल्यूम जैसी चीजें, संभवतः अंत उपयोगकर्ताओं को पूरी तरह से सूचित करने के बजाय उपकरणों के विकास में प्रगति को परिभाषित करने के लिए बेहतर हैं।

उदाहरण के लिए, आप एक नया लैपटॉप खरीद रहे हैं, आप उनकी तुलना करते समय संभवतः केवल एक ही संख्या से अधिक का उपयोग करते हैं। क्वांटम प्रोसेसर के लिए भी यही होना चाहिए। एक उपकरण के कई अलग-अलग पहलू हैं: संख्याओं की संख्या, कनेक्टिविटी, सभी विभिन्न प्रकार के शोर, माप के लिए समय (और क्या माप परिणामों से प्रतिक्रिया संभव है), गेट ऑपरेशन के समय, आदि इन सभी को संयुक्त करने की आवश्यकता है। आपको वह एक चीज बताएं जिसकी आपको वास्तव में जानकारी होनी चाहिए: क्या वह उस प्रोग्राम को चला सकती है जिसे आप चलाना चाहते हैं? यही है, मुझे लगता है, हमेशा सबसे प्रासंगिक तुलना होने जा रही है। लेकिन यह सबसे पेचीदा भी है।

Answer 2

यह एक बहुत ही विवादित विषय है, और मुझे यकीन नहीं है कि मौजूदा समय में आपके प्रश्न का उत्तर है। हालांकि, IEEE (इंस्टीट्यूट ऑफ इलेक्ट्रिकल एंड इलेक्ट्रॉनिक्स इंजीनियर्स) ने PAR 7131 का प्रस्ताव दिया है - क्वांटम कम्प्यूटिंग प्रदर्शन मेट्रिक्स और प्रदर्शन बेंचमार्किंग के लिए मानक :

इस परियोजना का उद्देश्य प्रदर्शन मेट्रिक्स का एक मानकीकृत सेट और विभिन्न प्रकार के क्वांटम कंप्यूटिंग हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर की गति / प्रदर्शन को बेंचमार्क करने का एक मानकीकृत तरीका प्रदान करना है और साथ ही इन प्रदर्शन मेट्रिक्स की शास्त्रीय कंप्यूटरों में समान मीट्रिक की तुलना करना है जो कि उपयोगकर्ता यह दस्तावेज़ एक विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए क्वांटम कंप्यूटर की गति को आसानी से निर्धारित कर सकता है, और मज़बूती से, कंप्यूटर के प्रदर्शन की तुलना कर सकता है।

पूर्ण प्रकटीकरण मैं क्वांटम कम्प्यूटिंग स्टैंडर्ड्स वर्कग्रुप का वर्तमान अध्यक्ष हूं और इस PAR को मूल रूप से प्रस्तावित किया गया था क्योंकि यह शास्त्रीय आर्किटेक्चर और एक दूसरे के खिलाफ विभिन्न क्वांटम कंप्यूटिंग आर्किटेक्चर के परीक्षण पर प्रलेखन / मानकों की कमी के कारण था। जिन कारकों को आपने ऊपर देखा है

qubit की संख्या, qubits, जुटना और गेट समय, पीढ़ी और रीडआउट क्षमताओं, गेट फिडेलिटी के बीच कनेक्टिविटी

कई अन्य कारकों के रूप में सभी शामिल हैं। महत्वपूर्ण रूप से हम सॉल्वर को मानकीकृत करने के तरीके पर भी काम कर रहे हैं; बेंचमार्किंग में अक्सर अनदेखा घटक। गैर-अनुकूलित सॉल्वर सभी अक्सर क्वांटम मशीन को फायदा पहुंचाते हैं जब क्वांटम आर्किटेक्चर की तुलना शास्त्रीय आर्किटेक्चर से करते हैं। यही है, क्वांटम आर्किटेक्चर पर चलने वाला सॉल्वर हमेशा ऑप्टिमाइज़ किया जाता है, जहाँ क्लासिकल आर्किटेक्चर पर चलने वाला सॉल्वर नहीं है। यह क्वांटम वास्तुकला के पक्ष में एक अंतर्निहित पूर्वाग्रह बनाता है।

यदि आप इस मानक के विकास में भाग लेने में रुचि रखते हैं, तो कृपया मुझे बताएं, तर्क के क्वांटम और शास्त्रीय दोनों पक्षों से अधिक लोग शामिल हैं जो बेहतर इम्हो है। इस बीच, PAR जल्द ही काम करना शुरू कर देगा, और अन्य मानकों के संगठनों के साथ अपने प्रयासों का समन्वय करेगा ताकि भविष्य में प्रदर्शन और बेंचमार्किंग में मदद करने के लिए कोई पूर्वाग्रह वाला कोई भी सामान्य मानक उभर न सके।

Comments

बहुत दिलचस्प है, उत्तर के लिए धन्यवाद। क्या आप इस बात पर विस्तार से बता सकते हैं कि "सोल्वर्स को मानकीकृत करें" से आपका क्या मतलब है? जब आप कहते हैं कि "सॉल्वर" का अर्थ है आप संकलक, या दूसरे शब्दों में, क्वांटम गेट अपघटन करने के लिए एल्गोरिदम?

— glS

खुशी से, "सॉल्वर" से मेरा मतलब है कि प्रत्येक सिस्टम पर गणितीय कोड चलाया जा रहा है। जो एक संकलक, गणितीय सॉफ़्टवेयर, एक स्टैंड-अलोन प्रोग्राम या एक सॉफ़्टवेयर लाइब्रेरी के रूप में हो सकता है।

— व्हर्ले

Answer 3

जबकि संख्याओं की संख्या ऐसी मीट्रिक का हिस्सा होनी चाहिए , जैसा कि आप कहते हैं, यह सब कुछ से दूर है।

हालांकि, दो अलग-अलग पूरी तरह से अलग-अलग डिवाइस (जैसे सुपरकंडक्टिंग और लीनियर ऑप्टिक्स) की तुलना करना सबसे सरल कार्य ^{1 नहीं है} ।

कारक

सुसंगतता और गेट टाइम के बारे में पूछना निष्ठा और गेट टाइम ^{1 के} बारे में पूछने के बराबर है । गेट्स को लागू करने के लिए कठिन या आसान होने से सिर्फ फिर से निष्ठा प्रभावित होती है।

प्रारंभिक दर, qubit / entanglement generation और रीडआउट क्षमताएं (आदि) समग्र निष्ठाओं को प्रभावित करने वाली हैं और साथ ही साथ 'कुछ-कुछ (औसतन) कितनी बार हम एक संगणना कर सकते हैं (उच्च-पर्याप्त विश्वस्तता परिणाम प्राप्त करते हुए), कुछ के लिए 'उच्च-पर्याप्त निष्ठा' का विचार) '।

वास्तुकला के संदर्भ में, अधिक मैक्रो-आर्किटेक्चर (जैसे qRAM) के अपने मानक और बेंचमार्क होंगे, जैसे कि रीडआउट टाइम, 'डिमांड पर रीडआउट?' और निश्चित रूप से, निष्ठा।

कनेक्टिविटी की एक ही धारणा के तहत अधिक माइक्रोआर्किटेक्चर का वर्णन किया जा सकता है।

एक और, जिसे अक्सर नजरअंदाज कर दिया जाता है, मीट्रिक उपयोग की जाने वाली शक्ति / संसाधन है।

कुल मिलाकर, यह इस सूची को थोड़ा कम कर सकता है , लेकिन यह अभी भी एक सूची है जिसमें उचित मात्रा में तुलना शामिल है। एक ही विधि का उपयोग करने वाले विभिन्न उपकरणों की तुलना करना भी उतना सरल नहीं है, जितना कि (प्रौद्योगिकी के वर्तमान स्तरों पर), अधिक संख्या वाले क्वॉर्टर वाले प्रोसेसर में अक्सर कम फिडेलिटी ^{2 होते हैं} ।

क्वांटम मात्रा

$2$$\epsilon_{eff}$

$n$$n'$

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

बेशक, हम विज्ञान और इंजीनियरिंग में बिंदु से आगे बढ़ना चाहते हैं। उसके लिए हमें एक मानक ^{3 की} आवश्यकता है । यह वर्तमान में योजना बनाई जा रही है, जैसा कि व्हर्ले के उत्तर में विस्तृत है ।

हालाँकि, इस तरह की सूचियों के बीच किसी भी तरह की तुलना सीधी होने वाली नहीं है, हमेशा अधिक व्यक्तिपरक तरीका है, जैसे कि क्वांटम अवेसोमेनेस , जहां गेम का आनंद इस बात पर निर्भर करता है कि प्रोसेसर ⁴ कितना अच्छा है ।

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^{1 इस विशेष मामले में, एक उदाहरण यह है कि चूंकि फोटॉनों को डिकोहेयर नहीं किया जाता है, इसलिए यह महसूस करने की स्थिति के बारे में पूछने के लिए अनुकूलित किया जाना चाहिए कि वास्तविक स्थिति से पहले फाटकों की संख्या या संख्या कितनी है, जो अब आदर्श स्थिति के लिए एक अच्छा सन्निकटन नहीं है, सिर्फ निष्ठा, या निष्ठा और गेट समय के लिए पूछ रहा है}

^{2 मैंने इसे कम से कम करने की कोशिश की है और यहां तक ​​कि यह बिल्कुल सबसे मजेदार काम नहीं है}

^{3 XKCD 927 के विपरीत पहला}

^{4 लेखक की राय यह है, जबकि एक भयानक विचार और एक प्रोसेसर कितना अच्छा है, इस बात का अंदाजा लगाने में मददगार है, यह कहना कि एक प्रोसेसर एक ऐसे खेल में दूसरे की तुलना में बेहतर है, यह बताने के लिए थोड़ा बहुत व्यक्तिपरक है कि क्या एक प्रोसेसर वास्तव में बेहतर है एक और}

Answer 4

आईबीएम उनके बढ़ावा दे रहा है क्वांटम मात्रा (यह भी देखें इस विचार) को एक ही नंबर के साथ एक गेट मॉडल मशीन की शक्ति अंदाजा लगाना। आईबीएम से पहले, कुल मात्रा कारक को परिभाषित करने के लिए रिगेटी का प्रयास था । अस्पष्ट अगर यह कैप्चर करता है कि हम अनुप्रयोगों के लिए उपकरणों की उपयोगिता के संदर्भ में क्या चाहते हैं। क्वांटम वॉल्यूम जैसी चीजों को वर्चस्व के प्रयोगों को ध्यान में रखकर बनाया गया है, ऐसा मुझे लगता है। मैं यह सोचने के लिए झुक रहा हूं कि एक मीट्रिक वास्तव में विशिष्ट होना चाहिए। नमूने के लिए, इस कार्य ने qBAS स्कोर का उपयोग करने का सुझाव दिया ।

क्वांटम एनीलिंग और इसी तरह के एनालॉग दृष्टिकोणों के लिए, ऐसा लगता है कि समुदाय समय-समय पर समाधान और वेरिएंट पर सहमत हो रहा है ; एक बार फिर से काफी विशिष्ट अनुप्रयोग।

समुदाय मैट्रिक्स को परिभाषित करने पर काम कर रहा है, और मुझे उम्मीद है कि 2018 में विभिन्न उपकरणों (समान क्षमता) पर एक ही समस्या के वास्तविक रन देखने होंगे।