Система D-Wave, насколько я понимаю, позволяет нам программировать модели Изинга и находить их основные состояния. В таком виде он не универсален для квантовых вычислений: он не может имитировать схемотехнику квантового компьютера.
Что было бы проще всего сделать, чтобы сделать его универсальным? По каким причинам такая вещь не была реализована?
Ответы:
Соединители XX необходимы для того, чтобы сделать квантовый отжиг универсальным.
https://arxiv.org/abs/0704.1287
Что касается их изготовления, я не слишком знаком с аппаратными проблемами. Возможно, кто-то еще может прокомментировать это.
В принятом ответе говорится, что XX сцепки "необходимы".
Однако YY муфты также сделают эту работу. Это связано с тем, что гаджет объяснен в разделе VI этой статьи .
На самом деле даже оригинальная статья, приведенная в принятом ответе, говорит, что XZ также будет достаточно хорошим (не только XX). По этой причине YZ также должен быть достаточно хорошим, хотя никто еще явно не сконструировал гаджет.
Из всех четырех этих опций (XX, YY, XZ, YZ) для добавленных соединителей, которые сделали бы машины D-Wave универсальными, один из них уже был реализован аппаратно D-Wave: соединитель YY.
Он был представлен на конференции AQC в 2018 году:
Однако существуют некоторые ограничения на управление этими терминами YY, и физическая причина этого является предметом моего вопроса здесь: В универсальном квантовом компьютере D-Wave, почему термин YY должен приводиться в движение вместе с линейным термином X ?
Что было бы проще всего сделать, чтобы сделать его универсальным?
См. Патент США US9162881B2 «Физические реализации универсального адиабатического квантового компьютера» или заявку США US20150111754A1 «Универсальные адиабатические квантовые вычисления со сверхпроводящими кубитами», которая цитируется здесь:
Определение: основа. В этом описании и прилагаемой формуле изобретения термины «основание» и «основания» используются для обозначения набора или наборов соответственно линейно независимых векторов, которые могут быть объединены для полного описания данного векторного пространства. Например, основа стандартных пространственных декартовых координат содержит три вектора: ось x, ось y и ось z. Специалистам по математической физике будет понятно, что для операторных пространств могут быть определены базы, такие как те, которые используются для описания гамильтонианов.
Определение: эффективный кубит В этой спецификации и прилагаемой формуле изобретения термины «эффективный кубит» и «эффективные кубиты» используются для обозначения квантовой системы, которая может быть представлена как двухуровневая система. Специалистам в данной области техники понятно, что два конкретных уровня могут быть изолированы от многоуровневой квантовой системы и использованы в качестве эффективного кубита. Кроме того, термины «эффективный кубит» и «эффективные кубиты» используются для обозначения квантовой системы, содержащей любое количество устройств, которые могут использоваться для представления одной двухуровневой системы. Например, множество отдельных кубитов могут быть соединены вместе таким образом, что весь набор или его часть связанных кубитов представляет собой единую двухуровневую систему.
Универсальный квантовый компьютер (UQC) представляет собой квантовый компьютер, который способен эффективно моделировать любой другой квантовый компьютер. В некоторых вариантах осуществления универсальный адиабатический квантовый компьютер (UAQC) мог бы моделировать любой квантовый компьютер посредством адиабатического квантового вычисления и / или посредством квантового отжига. В некоторых вариантах осуществления UAQC будет способен моделировать физическую квантовую систему посредством адиабатического квантового вычисления и / или посредством квантового отжига.
Было установлено, что локальные гамильтонианы спиновой решетки могут использоваться для универсальных адиабатических квантовых вычислений. Однако используемые 2-локальные модельные гамильтонианы являются общими и, следовательно, не ограничивают типы взаимодействий, требуемые между спинами, чтобы быть известными взаимодействиями, которые могут быть реализованы в квантовом процессоре. 2-местная модель Изинга с 1-местным поперечным полем была реализована с использованием различных технологий.
Считается, что эта модель квантового спина не является универсальной для адиабатических квантовых вычислений. См. Обсуждение в S. Bravyi et al., 2006 arXiv: Quant-Ph / 0606140v4 или Quant. Inf. Комп. 8, 0361 (2008). Однако было показано, что адиабатические квантовые вычисления можно сделать универсальными и относятся к классу сложности Quantum Merlin Arthur, квантовому аналогу класса сложности NP, благодаря перестраиваемым 2-локальным диагональным и недиагональным связям в дополнение к перестраиваемым 1 локальные диагональные и недиагональные смещения .
[0064] Диагональные и недиагональные члены могут быть определены со ссылкой на вычислительную основу. Состояние кубита может быть одним из двух основных состояний или линейной суперпозицией двух основных состояний. Два состояния образуют вычислительную основу.
Примечание: обратитесь к патенту для получения полной информации.
По каким причинам такая вещь не была реализована?
От: « Квантовая обработка информации с использованием сверхпроводящих цепей: обзор » Г. Вендина (8 октября 2017 г.), на странице 77:
Машины D-Wave Systems построены сверху вниз - масштабирование основано на кубитах потока и схемах с коротким временем когерентности. Технология основана на классических схемах Nb RSFQ в сочетании с кубитами Nb rf-SQUID и составляет основу современных процессоров D-Wave. Архитектура основана на перекрестной сети коммуникационных шин, обеспечивающей (ограниченную) связь удаленных кубитов. Кубиты управляются путем изменения смещения постоянного тока, изменения энергий кубитов и их связей.
В результате свойства когерентности и запутанности необходимо исследовать, выполняя различные типы экспериментов на машинах и их компонентах: физические эксперименты на аппаратных средствах и «бенчмаркинг» производительности с использованием ряда схем обеспечения качества.
В течение последних трех лет эта тема быстро развивалась, и к настоящему времени достигнуто определенное общее понимание и консенсус. Основываясь на обсуждении в некоторых недавних работах, ситуацию можно подвести следующим образом:
• Поведение машин D-Wave соответствует квантовому отжигу.
• Преимущества масштабирования (квантовое ускорение) до сих пор не наблюдалось.
• QA эффективен в быстром поиске хороших решений, пока барьеры узкие, но в конечном итоге застревает, когда встречаются широкие барьеры
• Результаты Google D-Wave 2X, показывающие ускорение в миллион раз, относятся к собственным экземплярам, которые идеально соответствуют графику аппаратного обеспечения устройства.
• Для общих проблем, которые плохо отображаются на аппаратном обеспечении QA, производительность значительно снизится.
• Для этих задач существуют даже более эффективные классические алгоритмы оптимизации, которые превосходят текущее устройство D-Wave 2X в большинстве проблемных случаев. Тем не менее, гонка продолжается.
• Благодаря усовершенствованной технологии, особенно более быстрому отжигу и считыванию, время выполнения квантового отжига может быть сокращено в 100 раз по сравнению с устройствами контроля качества текущего поколения.
• Тем не менее, неправильная спецификация функции стоимости из-за неточностей калибровки является проблемой, которая может снизить производительность аналоговых устройств контроля качества.
• Другая проблема - встраивание проблем в аппаратную архитектуру с ограниченными возможностями подключения.
• Существует открытый вопрос о квантовом ускорении в аналоговом контроле качества.
• Исправление ошибок QA продемонстрировано и может проложить путь к крупномасштабным защищенным от помех устройствам AQO.
• Обычно классически сложные вычислительные проблемы также кажутся сложными для устройств обеспечения качества.
• Для демонстрации квантового ускорения могут потребоваться улучшенная калибровка станка, снижение шума, оптимизация графика контроля качества, более крупные размеры системы и специально разработанные проблемы с вращающимся стеклом. Однако, что трудно, может быть нелегко судить.
• Осталось посмотреть, на что способна новейшая система D-Wave 2000Q с 2000 кубитами.
Примечание. Подробную информацию см. В документе.
Патент несколько более загадочный в своем объяснении:
Имитированная связь, описанная на фиг. 9 и фиг. 10 позволяет реализовать несколько типов соединений меньшим количеством реальных типов соединителей. Это может обеспечить большую гибкость в квантовом процессоре, где архитектура лучше всего подходит для определенных типов соединителей. Например, сверхпроводящий квантовый процессор, который по какой-либо причине лучше всего подходит для реализации только ZZ-ответвителей и XX-ответвителей, может включать в себя моделируемую связь через посреднические кубиты для реализации эффектов симулированной связи XZ и ZX.
Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что для целей реализации архитектур кубит-связи, описанных в настоящих системах, способах и устройствах, различные варианты осуществления XX-, ZZ-, XZ- и ZX-ответвителей, описанных в данном документе, представляют Неограничивающие примеры сцепных устройств. Все соединительные устройства, описанные в настоящих системах, способах и устройствах, могут быть модифицированы для соответствия требованиям конкретной системы, в которой они реализуются, или для обеспечения конкретной функциональности, которая является преимущественной в конкретном приложении.
Настоящие системы, способы и устройства описывают физическую реализацию универсальных адиабатических квантовых вычислений посредством реализации по меньшей мере двух различных механизмов связи в одной архитектуре процессора. Каждый механизм связи обеспечивает связь между первым и вторым базисом (например, связь между X и X, X и Z или Z и Z), тем самым определяя «связанный базис» (например, XX, XZ или ZZ) ,В соответствии с настоящими системами, способами и устройствами архитектуры кубит-связи, каждая из которых включает в себя по меньшей мере два разных связанных основания, где по меньшей мере два разных связанных основания не коммутируют, используются для реализации гамильтонианов для универсальных адиабатических квантовых вычислений. Например, различные варианты осуществления, описанные в данном документе, учат, что универсальные адиабатические квантовые вычисления могут быть физически реализованы путем одновременного применения недиагональных ответвителей в архитектурах кубит-связи . Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что эта концепция может распространяться на ответвители, которые включают Y-основание, такие как XY-, YX-, YY-, ZY- и YZ-ответвители.
Эта спецификация и прилагаемая формула изобретения описывают физические реализации реализуемых гамильтонианов для универсальных адиабатических квантовых компьютеров путем демонстрации универсальных архитектур кубит-связи. Существует общий элемент для вариантов осуществления универсальных схем связи, описанных в данном документе, и это реализация по меньшей мере двух разных наборов устройств связи между кубитами, где соответствующие базы, соединенные двумя различными наборами устройств связи, не коммутируют. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что такие некоммутирующие ответвители могут быть реализованы во множестве различных вариантов осуществления и реализаций, и все такие варианты осуществления практически не могут быть раскрыты в этом описании. Таким образом, только два физических варианта осуществления: архитектура соединения XX-ZZ и архитектура соединения XZ-ZX, подробно описаны здесь с учетом того, что любой специалист в соответствующей области техники признает расширение любой архитектуры квантового процессора, реализующей некоммутирующие ответвители. Кроме того, специалисты в данной области поймут, чтоНекоторые квантовые алгоритмы или аппаратные ограничения могут накладывать минимальные требования к числу эффективных кубитов в квантовом процессоре и / или количеству ответвителей . Настоящие системы, способы и устройства описывают использование ответвителей XX и ZZ для моделирования ответвителей XZ и ZX, а также использование ответвителей XZ и ZX для моделирования ответвителей XX и ZZ, тем самым доказывая, что пара некоммутирующих ответвителей в квантовый процессор может использоваться для моделирования других схем связи.
[ Мой комментарий : в основном, там так много места; и улучшения планируются.]
В приложении это немного менее загадочно:
Считывание, вероятно, более сложное в AQC, чем в GMQC. В рамках последней парадигмы все кубиты изолированы в конце вычисления. Следовательно, можно независимо прочитать каждый кубит в процессоре GMQC. Напротив, AQC заканчивается с утверждением целевого гамильтониана. Когда гамильтониан содержит недиагональные элементы, считывание для AQC может представлять проблему. Если процесс считывания требует коллапса волновой функции регистра кубита, то это состояние больше не будет собственным состоянием целевого гамильтониана. Поэтому желательно разработать способ для одновременного проецирования состояний всех кубитов в процессоре AQC при наличии конечных смещений и связей .