Система D-Wave, як я її розумію, дозволяє програмувати моделі Ізінга та знаходити їхні основні стану. У такому вигляді він не є універсальним для квантових обчислень: він не може імітувати схему квантового комп'ютера.
Що було б найпростішим, що можна зробити, щоб зробити його універсальним? Які причини, чому таке не було здійснено?
Відповіді:
XX муфти необхідні, щоб зробити квантовий відпал універсальним.
https://arxiv.org/abs/0704.1287
Щодо виготовлення їх, я не надто знайомий із проблемами обладнання. Можливо, хтось ще може прокоментувати це.
У прийнятій відповіді йдеться про те, що XX з'єднувачів "необхідні".
Однак муфти YY також виконали цю роботу. Це пояснюється гаджетом YY YY, поясненим у розділі VI цього документу .
Насправді навіть оригінальний документ, наведений у прийнятій відповіді, говорить про те, що XZ також був би досить хорошим (не лише XX). З цієї причини YZ також повинен бути достатньо хорошим, хоча ще ніхто чітко не сконструював гаджет.
З усіх чотирьох цих варіантів (XX, YY, XZ, YZ) для доданих з’єднувачів, які зробили б машини D-Wave універсальними, один з них уже реалізований у техніці D-Wave: муфта YY.
Він був представлений на конференції AQC у 2018 році:
Однак існують деякі обмеження щодо управління цими умовами YY, і фізична причина цього є предметом мого запитання тут: У універсальному квантовому комп'ютері D-Wave, чому термін YY повинен рухатися разом з лінійним X терміном ?
Що було б найпростішим, що можна зробити, щоб зробити його універсальним?
Див. Патент США US9162881B2 "Фізичні реалізації універсального адіабатичного квантового комп'ютера" або заявку США US20150111754A1 "Універсальні адіабатичні квантові обчислення з надпровідними кубітами", який цитується тут:
Визначення: Основи У цій специфікації та додається формулі винаходу терміни "основа" та "бази" використовуються для позначення набору або множин відповідно лінійно незалежних векторів, які можуть поєднуватися для повного опису заданого векторного простору. Наприклад, основа стандартних просторових декартових координат складається з трьох векторів, осі x, осі y та осі z. Фахівці з математичної фізики оцінять, що для операторних просторів можуть бути визначені основи, такі як ті, які використовуються для опису гамільтонів.
Визначення: Ефективний кубіт У цій специфікації та додається формулі винаходу терміни "ефективний кубіт" та "ефективні кубіти" використовуються для позначення квантової системи, яка може бути представлена як дворівнева система. Фахівці у відповідній галузі техніки зрозуміють, що два багаторівневі рівні можуть бути виділені з багаторівневої квантової системи та використані як ефективний кубіт. Крім того, терміни "ефективний кубіт" і "ефективні кубіти" використовуються для позначення квантової системи, що включає будь-яку кількість пристроїв, які можуть бути використані для представлення єдиної дворівневої системи. Наприклад, множина окремих кубітів може бути з'єднана разом таким чином, що весь набір або його частина сполучених кубітів являє собою єдину дворівневу систему.
[0061] Універсальний квантовий комп'ютер (UQC) - це квантовий комп'ютер, здатний ефективно імітувати будь-який інший квантовий комп'ютер. У деяких варіантах здійснення Універсальний адіабатичний квантовий комп'ютер (UAQC) міг би імітувати будь-який квантовий комп'ютер за допомогою адіабатичного квантового обчислення та / або за допомогою квантового відпалу. У деяких втіленнях UAQC зможе моделювати фізичну квантову систему за допомогою адіабатичного квантового обчислення та / або за допомогою квантового відпалу.
[0062] Встановлено, що місцеві гамільтоніани з гратчастими гратами можуть використовуватися для універсального квантового обчислення адіабати. Однак використовувані 2-локальні моделі гамільтонів є загальними, а отже, не обмежують типи взаємодій, необхідних між спінами, щоб бути відомими взаємодії, які можуть бути реалізовані в квантовому процесорі. 2-локальна модель Ізінга з 1-локальним поперечним полем була реалізована за допомогою різних технологій.
[0063] Вважається, що ця квантова спінова модель не є універсальною для адиабатичного квантового обчислення. Див. Дискусію в S. Bravyi et al., 2006, arXiv: quant-ph / 0606140v4 або Quant. Інф. Склад. 8, 0361 (2008). Однак було показано, що адіабатичні квантові обчислення можуть бути універсальними і належать до класу складності Квантового Мерліна Артура, квантового аналога класу складності NP, завдяки додатковому регулюванню 2-локальних діагональних та позадіагональних сполучень 1 -локальні діагональні та позадіагональні зміщення .
[0064] Діагональні та позадіагональні умови можуть бути визначені з посиланням на обчислювальну основу. Стан кубіта може бути одним з двох базових станів або лінійним суперпозицією двох базових станів. Два стани складають обчислювальну основу.
Примітка: Для отримання детальної інформації зверніться до Патенту.
Які причини, чому таке не було здійснено?
З: " Квантова обробка інформації з надпровідними схемами: огляд " Г. Вендіна (8 жовтня 2017 р.), Стор. 77:
Машини системи D-Wave побудовані зверху вниз - масштабування базується на кубітах потоку і схемах з коротким часом узгодженості. Технологія базується на класичних Nb RSFQ схемах, поєднаних з Nb rf-SQUID кубітами, і складає основу поточних процесорів D-Wave. Архітектура базується на поперечній мережі шин зв'язку, що дозволяє (обмежено) з'єднувати віддалені кубіти. Кубітами керують, змінюючи зміщення постійного струму, змінюючи енергію кубіта і кубітні кубітні муфти.
Як результат, властивості когерентності та заплутаності повинні бути досліджені шляхом проведення різних типів експериментів на машинах та їх компонентах: фізичні експерименти на апаратному забезпеченні та «тестування» продуктивності за допомогою виконання ряду схем якості.
Протягом останніх трьох років тема швидко розвивалася, і до цього часу було досягнуто певного спільного розуміння та консенсусу. Виходячи з обговорення в деяких останніх роботах, ситуацію можна підсумувати таким чином:
• Поведінка машин D-Wave узгоджується з квантовим відпалом.
• Не спостерігається жодної переваги масштабування (квантове прискорення).
• КК є ефективним у швидкому пошуку хороших рішень, якщо бар'єри вузькі, але в кінцевому підсумку застрягають, коли виникають широкі бар'єри.
• Результати Google D-Wave 2X, що показують прискорення в мільйон разів, призначені для рідних примірників, які ідеально відповідають графіці обладнання пристрою.
• Для загальних проблем, які не відображаються добре на апаратному забезпеченні якості, продуктивність значно погіршиться.
• Для цих проблем існують ще ефективніші класичні алгоритми оптимізації, які перевершують поточний пристрій D-Wave 2X для більшості проблемних випадків. Однак гонка триває.
• Завдяки вдосконаленій техніці, особливо більш швидкому відпалу та зчитуванню, час на виконання квантового відпалу може бути скорочено на 100 разів у порівнянні з пристроями QA поточного покоління.
• Однак неправильне визначення вартості функції через неточності калібрування є проблемою, яка може перешкоджати роботі аналогових пристроїв забезпечення якості.
• Ще одне завдання - вбудовування проблем у рідну апаратну архітектуру з обмеженим підключенням.
• Існує відкрите питання щодо квантового прискорення в аналозі QA.
• Продемонстровано виправлення помилок QA, яке може прокласти шлях до пристроїв AQO, захищених від шуму.
• Зазвичай класичні обчислювально важкі проблеми також здаються важкими проблемами для QA-пристроїв.
• Можливо, для демонстрації квантового прискорення можуть знадобитися вдосконалена калібрування машини, зменшення шуму, оптимізація графіку якості, більші розміри системи та спеціальні проблеми зі скловолокном. Однак судити про те, що важко, може бути непросто.
• Залишилося побачити, що може зробити найновіша система D-Wave 2000Q з 2000 кубітами.
Примітка: Повні деталі див. У статті.
Патент дещо більш виразний у своєму поясненні:
Модельоване з'єднання, описане на фіг. 9 і фіг. 10 дозволяє реалізувати кілька типів з'єднання за допомогою меншої кількості фактичних з’єднань. Це може забезпечити більшу універсальність у квантовому процесорі, де архітектура найкраще підходить для конкретних типів з’єднань. Наприклад, надпровідний квантовий процесор, який з будь-якої причини найкраще підходить для реалізації лише ZZ-з’єднувачів та XX-з’єднувачів, може включати модельоване з'єднання через кубі посередників, щоб реалізувати ефекти симуляції XZ та ZX.
Фахівці в даній області техніки оцінять, що для цілей реалізації архітектур кубіт-з'єднання, що викладаються в сучасних системах, методах і апаратах, різні варіанти здійснення з'єднань XX-, ZZ-, XZ- і ZX, описані тут, представляють неограничивающие приклади з'єднувальних пристроїв. Всі пристрої зв'язку, описані в цих системах, способах і пристроях, можуть бути модифіковані таким чином, щоб відповідати вимогам конкретної системи, в якій вони реалізовані, або щоб забезпечити конкретну функціональність, вигідну для конкретного застосування.
Справжні системи, методи та апарати описують фізичну реалізацію універсального адіабатичного квантового обчислення за рахунок реалізації щонайменше двох різних механізмів зв'язку в одній архітектурі процесора. Кожен механізм з'єднання забезпечує з'єднання між першою та другою основою (наприклад, з'єднання між X і X, X і Z, або Z і Z), тим самим визначаючи "зв'язану основу" (наприклад, XX, XZ або ZZ) .Відповідно до існуючих систем, методів і пристроїв, архітектури кубіт-з'єднання, які включають щонайменше дві різні зв'язані бази, де щонайменше дві різні зв'язані бази не комутуються, використовуються для реалізації гамільтоніан для універсального квантового обчислення адіабатів. Наприклад, різні варіанти здійснення, описані в цьому документі, вказують на те, що універсальні адіабатичні квантові обчислення можуть бути фізично реалізовані одночасним застосуванням недіагональних зчіпників в архітектурах кубічної зв'язку . Фахівці в даній галузі оцінять, що ця концепція може поширюватися на з'єднувачі, що включають Y-основи, такі як XY-, YX-, YY-, ZY- та YZ-з’єднувачі.
Ця специфікація та додається формула винаходу описують фізичні реалізації реалізованих гамільтоніан для універсальних адіабатичних квантових комп'ютерів, демонструючи універсальну архітектуру кубітного зв'язку. Існує загальний елемент варіантів втілення універсальних схем з'єднання, описаних у цьому документі, і це реалізація щонайменше двох різних наборів пристроїв зв'язку між кубітами, де відповідні основи, з'єднані двома різними наборами з’єднувальних пристроїв, не комутуються. Фахівцям в даній області буде зрозуміло, що такі незв'язуючі з’єднувачі можуть бути реалізовані в безлічі різних варіантів здійснення і здійснення, і всі такі варіанти здійснення практично не можуть бути розкриті в цій специфікації. Таким чином, лише два фізичні втілення, архітектура з'єднання XX-ZZ та архітектура зв'язку XZ-ZX, тут детально описано з визнанням того, що будь-хто, хто має досвід відповідного рівня техніки, визнає розширення на будь-яку архітектуру квантового процесора, що реалізує не сполучені з маршруту з'єднання. Крім того, фахівці в цій галузі оцінять цезміни квантових алгоритмів або апаратних обмежень можуть пред'являти мінімальні вимоги до кількості ефективних кубітів у квантовому процесорі та / або кількості з’єднань . У цих системах, методах та апараті описано використання з'єднань XX і ZZ для імітації з’єднань XZ і ZX, а також використання муфт XZ і ZX для імітації з’єднань XX і ZZ, тим самим доводячи, що пара незв'язних з'єднувачів у квантовий процесор може бути використаний для імітації інших схем зв'язку.
[ Мій коментар : В основному, просто стільки місця; і поліпшення планується.]
У додатку це трохи менш виразно:
[0129] Зчитування, ймовірно, складніше в AQC, ніж у GMQC. У межах останньої парадигми всі кубіти виділяються в кінці обчислення. Отже, можна самостійно читати кожен кубіт у процесорі GMQC. Навпаки, AQC припиняється, коли заявляється ціль Гамільтоніана. Коли в гамільтоніані містяться недіагональні елементи, прочитане для AQC може стати викликом. Якщо процес зчитування вимагає руйнування хвильової функції регістру кубіту, то цей стан більше не буде власним станом цільового гамільтоніана. Тому бажано розробити метод одночасного проектування станів усіх кубітів у процесорі AQC за наявності кінцевих зміщень та з’єднань .