Я хочу знати, яка часова складність вважається ефективною / неефективною для квантових комп'ютерів. Для цього мені потрібно знати, скільки операцій може виконати квантовий комп'ютер за секунду. Чи може хто-небудь сказати мені, як його обчислити і від яких факторів це залежить (деталі реалізації чи кількість кубітів тощо)?
Скільки операцій може виконати квантовий комп'ютер за секунду?
Відповіді:
Дати оцінку загальній квантовій мікросхемі неможливо, оскільки на даний момент немає стандартної реалізації.
Тим не менш, можна оцінити це число за конкретним квантовим мікросхемою з інформацією, наданою в Інтернеті. Я знайшов інформацію про мікросхеми IBM Q, тому ось відповідь для мікросхеми IBM Q 5 Tenerife . У посиланні ви знайдете інформацію про мікросхему, але нічого про таймінги. Вам потрібно отримати доступ до журналу версій мікросхеми (за посиланням, наведеним на сторінці фішок IBM Q 5 Tenerife ). У цьому журналі версій перейдіть до розділу "Специфікація воріт", ви матимете таку інформацію (більше пояснень нижче):
- Час "GD", який становить 60ns у посиланні вище.
- Кілька разів для "GF" (візьмемо 200ns для обчислень нижче).
- "Буферний час", який посилається вище на посилання 10ns.
Але що означають "GD", "GF" або "time buffer time"? Вони є базовими фізичними операціями, тобто операціями, які виконуватимуться на фізичному кубіті. Ці фізичні операції потім використовуються для реалізації деяких базових квантових воріт. Ви можете знайти декомпозицію 4-х базових квантових воріт бактерій IBM Q з точки зору цих фізичних операцій на сторінці фішок IBM Q 5 на Тенеріфе . Я скопіював ілюстрацію нижче.
Поряд з "GD" і "GF" існує фізична операція "FC", яка не відображається в таймінгах. Це тому, що ця операція "FC" просто "змінює кадр наступних імпульсів" (посилаючись на Джея Гамбета з розмови про QISKit Slack), і тому операція "FC" має вартість (час застосування) 0.
"Буферний час" - це лише час паузи між кожним додатком фізичної операції.
Отже, нарешті, ми можемо обчислити час, необхідний для застосування кожного базового ворота в цьому конкретному бекенді:
- U1 : 0ns
- U2 : 70ns = 0ns + 60ns + 10ns (буфер) + 0ns
- U3 : 140ns = 0ns + 60ns + 10ns (буфер) + 0ns + 60ns + 10ns (буфер) + 0ns
- CX : 560ns = 0ns + 60ns + 10ns (буфер) + 200ns + 10ns (буфер) + 60ns + 10ns (буфер) + 200ns + 10ns (буфер)
З цих таймінгів можна вивести кількість операцій за секунду, які може виконувати сервер ibmqx4.
Беручи 200нс за операцію як грубе наближення середнього часу для операції, ви отримуєте 5 000 000 операцій в секунду.
Ви можете знайти дані для інших програмних файлів у сховищі GitHub qiskit-backend-information .
Існує важлива різниця між фізичними операціями та логічними операціями.
Фізичні операції, які будуть трохи недосконалі, виконуються на кубітах, які також недосконалі. Швидкість, з якою їх можна виконати, залежить від того, яка фізична система використовується для реалізації кубітів. Наприклад, надпровідні кубіти можуть одночасно виконувати два ворота кубіта (найповільніші) порядком 100 нс (див . Відповідь Нелімея ).
Комбінуючи багато фізичних кубітів і виконуючи процес з великою кількістю фізичних операцій, ми можемо створити логічні кубіти . Виконуючи виправлення помилок, ці кубіти та виконані над ними операції можна зробити довільно точними. Це такі операції, які необхідні для реалізації квантових алгоритмів.
Наразі занадто багато невідомих, щоб дати вам тактову частоту логічних операцій. Тим більше, що навіть доказові логічні кубіти ще не побудовані (як мінімум, з квантовими кодами виправлення помилок). Це залежить від того, наскільки недосконалі фізичні кубіти та операції, і скільки нам потрібно зробити, щоб очистити все. Це залежить від того, який код виправлення помилок ми використовуємо, що, в свою чергу, залежить від набору інструкцій наших квантових процесорів (тобто, які пари кубітів можуть мати два кубітні ворота, застосовані безпосередньо до них). І це залежить від того, скільки шуму ми готові мати, адже кращі архітектури часто надходять за рахунок шуму. Тож існує багато взаємозалежностей, і багато чого потрібно вирішити.