Voglio sapere quale complessità temporale è considerata efficiente / inefficiente per i computer quantistici. Per questo, ho bisogno di sapere quante operazioni può eseguire un computer quantistico al secondo. Qualcuno può dirmi come calcolarlo e da quali fattori dipende (dettagli di implementazione o numero di qubit ecc.)?
Quante operazioni può eseguire un computer quantistico al secondo?
Risposte:
Dare una stima per un chip quantico generico è impossibile in quanto non esiste un'implementazione standard per il momento.
Tuttavia, è possibile stimare questo numero per chip quantico specifico, con le informazioni fornite online. Ho trovato informazioni sui chip IBM Q, quindi ecco la risposta per il chip IBM Q 5 Tenerife . Nel link troverai informazioni sul chip, ma nulla sui tempi. È necessario accedere al registro delle versioni del chip (tramite un collegamento fornito nella pagina dei chip IBM Q 5 Tenerife ). In questo registro delle versioni, vai alla sezione "Specifiche del gate", avrai le seguenti informazioni (ulteriori spiegazioni di seguito):
- Un tempo per "GD", che è 60ns nel link sopra.
- Più volte per "GF" (prendiamo 200 ns per i calcoli di seguito).
- Un "tempo di buffer", che è 10ns nel link sopra.
Ma cosa rappresentano "GD", "GF" o "tempo di buffer"? Sono operazioni fisiche di base , ovvero le operazioni che verranno eseguite sul qubit fisico. Queste operazioni fisiche vengono quindi utilizzate per implementare alcune porte quantistiche di base. È possibile trovare la decomposizione delle 4 porte quantistiche di base dei backend IBM Q in termini di queste operazioni fisiche sulla pagina dei chip IBM Q 5 Tenerife . Ho copiato l'illustrazione seguente.
Insieme a "GD" e "GF", esiste un'operazione fisica "FC" che non appare nei tempi. Questo perché l'operazione "FC" cambia "il frame dei seguenti impulsi" (citando Jay Gambeta da una conversazione su QISKit Slack), e quindi l'operazione "FC" ha un costo (tempo di applicazione) di 0.
Il "tempo di buffer" è solo un tempo di pausa tra ogni applicazione operativa fisica.
Quindi finalmente possiamo calcolare il tempo necessario per applicare ogni gate di base su questo backend specifico:
- U1 : 0ns
- U2 : 70ns = 0ns + 60ns + 10ns (buffer) + 0ns
- U3 : 140ns = 0ns + 60ns + 10ns (buffer) + 0ns + 60ns + 10ns (buffer) + 0ns
- CX : 560ns = 0ns + 60ns + 10ns (buffer) + 200ns + 10ns (buffer) + 60ns + 10ns (buffer) + 200ns + 10ns (buffer)
Da questi tempi, è possibile dedurre il numero di operazioni al secondo che il backend ibmqx4 può eseguire.
Prendendo 200 ns per operazione come approssimazione approssimativa della tempistica media di un'operazione, si arriva a 5.000.000 di operazioni al secondo.
È possibile trovare i dati per altri backend nel repository GitHub qiskit-backend-information .
C'è un'importante differenza tra operazioni fisiche e operazioni logiche .
Operazioni fisiche che saranno leggermente imperfette, eseguite su qubit che sono anche imperfetti. La velocità con cui questi possono essere eseguiti dipende dal sistema fisico utilizzato per realizzare i qubit. Ad esempio, i qubit superconduttori possono eseguire due gate di qubit (i più lenti) in un tempo dell'ordine di 100 ns (vedere la risposta di Nelimee ).
Combinando molti qubit fisici e facendo un processo con molte operazioni fisiche, possiamo costruire qubit logici . Eseguendo la correzione degli errori, questi qubit e le operazioni eseguite su di essi possono essere resi arbitrariamente precisi. Questo è il tipo di operazioni necessarie per implementare algoritmi quantistici.
Attualmente ci sono troppe incognite per darti una frequenza di clock di operazioni logiche. Soprattutto dal momento che non sono stati ancora creati qubit logici di prova di principio (almeno non con codici di correzione degli errori quantistici). Dipende da quanto siano imperfetti i qubit fisici e le operazioni, e quindi da quanto dobbiamo fare per ripulire tutto. Dipende dal tipo di codice di correzione degli errori che utilizziamo, che a sua volta dipende dal set di istruzioni dei nostri processori quantistici (ovvero, a quali coppie di qubit può essere applicato direttamente un gate a due qubit). E questo dipende dalla quantità di rumore che siamo disposti ad avere, perché architetture migliori spesso arrivano a scapito del rumore. Quindi ci sono molte interdipendenze e molto da risolvere.