Hệ thống D-Wave, theo tôi hiểu, cho phép chúng ta lập trình các mô hình Ising và tìm trạng thái cơ bản của chúng. Ở dạng này, nó không phải là phổ quát cho tính toán lượng tử: nó không thể mô phỏng một máy tính lượng tử mô hình mạch.
Điều gì sẽ là điều đơn giản nhất có thể được thực hiện để làm cho nó phổ quát? Các lý do tại sao một điều như vậy đã không được thực hiện?
Câu trả lời:
Các khớp nối XX là cần thiết để tạo ra phổ quát lượng tử.
https://arxiv.org/abs/0704.1287
Đối với việc chế tạo chúng, tôi không quá quen thuộc với các vấn đề phần cứng. Có lẽ ai đó có thể nhận xét về điều đó.
Trong câu trả lời được chấp nhận, người ta nói rằng các khớp nối XX là "cần thiết".
Tuy nhiên, các khớp nối YY cũng sẽ thực hiện công việc. Điều này là do tiện ích te YY được giải thích trong phần VI của bài viết này .
Trên thực tế, ngay cả bài báo gốc được đưa ra trong câu trả lời được chấp nhận, nói rằng XZ cũng sẽ đủ tốt (không chỉ XX). Vì lý do đó, YZ cũng phải đủ tốt, mặc dù chưa có ai xây dựng rõ ràng tiện ích này.
Trong số bốn tùy chọn này (XX, YY, XZ, YZ) cho các bộ ghép được thêm vào sẽ làm cho máy của D-Wave trở nên phổ biến, một trong số chúng đã được D-Wave: bộ ghép YY triển khai trong phần cứng.
Nó đã được trình bày tại hội nghị AQC năm 2018:
Tuy nhiên, có một số hạn chế trong việc kiểm soát các thuật ngữ YY này và lý do vật lý cho vấn đề này là câu hỏi của tôi ở đây: Trong máy tính lượng tử phổ của D-Wave, tại sao thuật ngữ YY phải được điều khiển cùng với thuật ngữ X tuyến tính ?
Điều gì sẽ là điều đơn giản nhất có thể được thực hiện để làm cho nó phổ quát?
Xem Bằng sáng chế Hoa Kỳ US9162881B2 "Hiện thực vật lý của máy tính lượng tử phổ biến" hoặc Ứng dụng Hoa Kỳ US20150111754A1 "Điện toán lượng tử phổ biến với các qubit siêu dẫn" được trích dẫn ở đây:
Định nghĩa: Cơ sở Trong suốt thông số kỹ thuật này và các yêu cầu được nối thêm, các thuật ngữ cơ sở và các cơ sở có nghĩa là cơ sở được sử dụng để biểu thị một tập hợp hoặc tập hợp các vectơ độc lập tuyến tính có thể được kết hợp để mô tả hoàn toàn một không gian vectơ nhất định. Ví dụ, cơ sở của tọa độ Cartesian không gian tiêu chuẩn bao gồm ba vectơ, trục x, trục y và trục z. Những người có kỹ năng trong vật lý toán học sẽ đánh giá cao rằng các cơ sở có thể được xác định cho các không gian toán tử, chẳng hạn như các cơ sở được sử dụng để mô tả người Hamilton.
Định nghĩa: Qubit hiệu quả Trong suốt đặc điểm kỹ thuật này và các yêu cầu được nối thêm, các thuật ngữ Qubit hiệu quả và các qubit hiệu quả có thể được sử dụng để biểu thị một hệ lượng tử có thể được biểu diễn dưới dạng hệ hai cấp. Những người có kỹ năng trong nghệ thuật liên quan sẽ đánh giá cao rằng hai cấp độ cụ thể có thể được tách ra khỏi hệ thống lượng tử đa cấp và được sử dụng như một qubit hiệu quả. Hơn nữa, các thuật ngữ qubit hiệu quả và một số qubit hiệu quả, được sử dụng để biểu thị một hệ thống lượng tử bao gồm bất kỳ số lượng thiết bị nào có thể được sử dụng để đại diện cho một hệ thống hai cấp. Ví dụ, một số lượng lớn các qubit riêng lẻ có thể được ghép với nhau theo cách mà toàn bộ tập hợp, hoặc một phần của các qubit được ghép nối thể hiện một hệ thống hai cấp.
[0061] Máy tính lượng tử vạn năng (UQC) là máy tính lượng tử có khả năng mô phỏng hiệu quả bất kỳ máy tính lượng tử nào khác. Trong một số phương án, Máy tính lượng tử phổ biến (UAQC) có thể mô phỏng bất kỳ máy tính lượng tử nào thông qua tính toán lượng tử tin cậy và / hoặc thông qua quá trình ủ lượng tử. Trong một số phương án, một UAQC sẽ có thể mô phỏng một hệ lượng tử vật lý thông qua tính toán lượng tử đáng tin cậy và / hoặc thông qua quá trình ủ lượng tử.
[0062] Người ta đã xác định rằng người Hamilton quay mạng tinh thể có thể được sử dụng để tính toán lượng tử phổ biến. Tuy nhiên, mô hình 2 người Hamilton được sử dụng là chung và do đó không giới hạn các loại tương tác cần thiết giữa các spin để được biết các tương tác có thể được thực hiện trong bộ xử lý lượng tử. Mô hình Ising 2 cục bộ với trường ngang 1 cục bộ đã được hiện thực hóa bằng các công nghệ khác nhau.
[0063] Mô hình spin lượng tử này được cho là không thể phổ biến cho tính toán lượng tử đáng tin cậy. Xem thảo luận trong S. Bravyi và cộng sự, 2006 arXiv: quant-ph / 0606140v4 hoặc Quant. Thông tin Comp. 8, 0361 (2008). Tuy nhiên, người ta đã chứng minh rằng tính toán lượng tử đáng tin cậy có thể được phổ biến và thuộc về độ phức tạp lượng tử Merlin Arthur, một dạng tương tự lượng tử của lớp độ phức tạp NP, bằng cách có các khớp nối chéo 2 đường chéo và lệch chéo ngoài điều chỉnh 1 thiên lệch đường chéo và lệch đường chéo .
[0064] Các thuật ngữ đường chéo và đường chéo có thể được xác định với tham chiếu đến cơ sở tính toán. Trạng thái của một qubit có thể là một trong hai trạng thái cơ bản hoặc chồng chất tuyến tính của hai trạng thái cơ bản. Hai nhà nước tạo thành một cơ sở tính toán.
Lưu ý: Tham khảo Bằng sáng chế để biết chi tiết đầy đủ.
Các lý do tại sao một điều như vậy đã không được thực hiện?
Từ: " Xử lý thông tin lượng tử với các mạch siêu dẫn: một đánh giá " của G. Wendin (8 tháng 10 năm 2017), trên trang 77:
Các máy D-Wave Systems được xây dựng từ trên xuống - mở rộng dựa trên các qubit và mạch thông lượng với thời gian kết hợp ngắn. Công nghệ này dựa trên các mạch RSFQ Nb cổ điển kết hợp với các qubit Nb rf-SQUID và tạo thành cơ sở của các bộ xử lý D-Wave hiện tại. Kiến trúc này dựa trên một mạng lưới thanh ngang của các xe buýt truyền thông cho phép ghép (giới hạn) các qubit ở xa. Các qubit được vận hành bằng cách thay đổi độ lệch dc, thay đổi năng lượng qubit và khớp nối qubit qubit.
Do đó, các đặc tính kết hợp và vướng víu phải được nghiên cứu bằng cách thực hiện các loại thí nghiệm khác nhau trên máy và các thành phần của chúng: Thí nghiệm vật lý trên phần cứng, và điểm chuẩn của hiệu suất bằng cách chạy một loạt các sơ đồ QA.
Trong ba năm qua, chủ đề đã nhanh chóng phát triển, và đến bây giờ một sự hiểu biết và đồng thuận chung nhất định đã đạt được. Dựa trên các cuộc thảo luận trong một số bài báo gần đây, tình huống có thể được tóm tắt theo cách sau:
• Hoạt động của các máy D-Wave phù hợp với quá trình ủ lượng tử.
• Cho đến nay không thấy lợi thế mở rộng (tăng tốc lượng tử).
• QA có hiệu quả trong việc nhanh chóng tìm ra các giải pháp tốt miễn là các rào cản bị thu hẹp, nhưng cuối cùng vẫn bị mắc kẹt một khi gặp phải các rào cản rộng
• Kết quả Google D-Wave 2X cho thấy khả năng tăng tốc hàng triệu lần dành cho các trường hợp gốc hoàn toàn phù hợp với biểu đồ phần cứng của thiết bị.
• Đối với các sự cố chung không ánh xạ tốt vào phần cứng của QA, hiệu suất sẽ bị ảnh hưởng đáng kể.
• Các thuật toán tối ưu hóa cổ điển hiệu quả hơn thậm chí còn tồn tại cho các vấn đề này, vượt trội hơn thiết bị D-Wave 2X hiện tại đối với hầu hết các trường hợp sự cố. Tuy nhiên, cuộc đua là trên.
• Với kỹ thuật cải tiến, đặc biệt là quá trình ủ và đọc nhanh hơn, thời gian để thực hiện chạy ủ lượng tử có thể giảm đi 100 lần so với các thiết bị QA thế hệ hiện tại.
• Tuy nhiên, việc xác định sai chức năng chi phí do không chính xác hiệu chuẩn là một thách thức có thể cản trở hiệu suất của các thiết bị QA tương tự.
• Một thách thức khác là nhúng các vấn đề vào kiến trúc phần cứng tự nhiên với khả năng kết nối hạn chế.
• Có câu hỏi mở về tăng tốc lượng tử trong QA tương tự.
• Sửa lỗi QA đã được chứng minh và có thể mở đường cho các thiết bị AQO được bảo vệ chống ồn quy mô lớn.
• Thông thường, các vấn đề khó tính toán cổ điển dường như cũng là vấn đề khó đối với các thiết bị QA.
• Cải thiện hiệu chuẩn máy, giảm tiếng ồn, tối ưu hóa lịch trình QA, kích thước hệ thống lớn hơn và các vấn đề kính xoay được tùy chỉnh có thể cần thiết để chứng minh tốc độ lượng tử. Tuy nhiên những gì khó có thể không dễ dàng để đánh giá.
• Vẫn còn phải xem hệ thống D-Wave 2000Q mới nhất có thể làm gì với 2000 qubit.
Lưu ý: Tham khảo giấy để biết chi tiết đầy đủ.
Bằng sáng chế có phần khó hiểu hơn trong phần giải thích:
Các khớp nối mô phỏng được mô tả trong hình. 9 và HÌNH. 10 cho phép nhiều loại khớp nối được thực hiện bằng các loại khớp nối thực tế ít hơn. Điều này có thể cung cấp tính linh hoạt cao hơn trong bộ xử lý lượng tử trong đó kiến trúc phù hợp nhất cho các loại khớp nối cụ thể. Ví dụ, bộ xử lý lượng tử siêu dẫn, vì bất kỳ lý do gì, phù hợp nhất để chỉ thực hiện các bộ ghép ZZ và bộ ghép XX có thể kết hợp khớp nối mô phỏng thông qua các qubit trung gian để nhận ra các hiệu ứng của khớp XZ và ZX mô phỏng.
Những người có kỹ năng trong nghệ thuật sẽ đánh giá cao rằng, với mục đích hiện thực hóa các kiến trúc khớp nối qubit được dạy trong các hệ thống, phương pháp và bộ máy hiện tại, các phương án khác nhau của các khớp nối XX-, ZZ-, XZ- và ZX được mô tả trong tài liệu này ví dụ không giới hạn của các thiết bị khớp nối. Tất cả các thiết bị ghép được mô tả trong các hệ thống, phương pháp và thiết bị hiện tại có thể được sửa đổi để phù hợp với các yêu cầu của hệ thống cụ thể mà chúng đang được triển khai hoặc để cung cấp một chức năng cụ thể có lợi cho một ứng dụng cụ thể.
Các hệ thống, phương pháp và bộ máy hiện tại mô tả việc thực hiện vật lý tính toán lượng tử phổ biến bằng cách thực hiện ít nhất hai cơ chế ghép khác nhau trong một kiến trúc bộ xử lý. Mỗi cơ chế khớp nối cung cấp khớp nối giữa cơ sở thứ nhất và cơ sở thứ hai (ví dụ: khớp nối giữa X và X, X và Z hoặc Z và Z), từ đó xác định cơ sở ghép nối của một cơ sở (ví dụ: XX, XZ hoặc ZZ) .Theo các hệ thống, phương pháp và bộ máy hiện tại, các kiến trúc ghép qubit mà mỗi kiến trúc bao gồm ít nhất hai cơ sở được ghép khác nhau, trong đó ít nhất hai cơ sở được ghép khác nhau không đi lại, được sử dụng để nhận ra người Hamilton cho tính toán lượng tử phổ biến. Ví dụ, các phương án khác nhau được mô tả trong tài liệu này dạy rằng tính toán lượng tử phổ biến có thể được nhận ra về mặt vật lý bằng cách áp dụng đồng thời các bộ ghép ngoài đường chéo trong kiến trúc khớp nối qubit . Những người có kỹ năng trong nghệ thuật sẽ đánh giá cao rằng khái niệm này có thể mở rộng đến các bộ ghép bao gồm cơ sở Y, chẳng hạn như bộ ghép nối XY-, YX-, YY-, ZY- và YZ.
Đặc điểm kỹ thuật này và các tuyên bố được nối thêm mô tả các triển khai vật lý của người Hamilton có thể thực hiện được đối với các máy tính lượng tử phổ biến bằng cách chứng minh các kiến trúc khớp nối qubit phổ quát. Có một yếu tố chung cho các phương án của sơ đồ khớp nối phổ quát được mô tả trong tài liệu này, và đó là việc thực hiện ít nhất hai bộ thiết bị ghép khác nhau giữa các qubit, trong đó các cơ sở tương ứng được ghép bởi hai bộ thiết bị ghép khác nhau không đi lại. Những người có kỹ năng trong nghệ thuật sẽ đánh giá cao rằng các bộ ghép không đi lại như vậy có thể được nhận ra trong nhiều phương án và cách thực hiện khác nhau và tất cả các phương án như vậy thực tế không thể được tiết lộ trong đặc tả này. Do đó, chỉ có hai phương án vật lý, kiến trúc khớp nối XX-ZZ và kiến trúc khớp nối XZ-ZX, được trình bày chi tiết trong tài liệu này với sự thừa nhận rằng bất kỳ ai có kỹ năng trong nghệ thuật liên quan đều thừa nhận việc mở rộng cho bất kỳ kiến trúc bộ xử lý lượng tử nào thực hiện các bộ ghép không đi lại. Hơn nữa, những người có kỹ năng trong nghệ thuật sẽ đánh giá cao điều đóCác thuật toán lượng tử hoặc các ràng buộc phần cứng có thể áp đặt các yêu cầu tối thiểu đối với số lượng qubit hiệu quả trong bộ xử lý lượng tử và / hoặc số lượng bộ ghép . Các hệ thống, phương pháp và bộ máy hiện tại mô tả việc sử dụng các bộ ghép XX và ZZ để mô phỏng các bộ ghép XZ và ZX, cũng như sử dụng các bộ ghép XZ và ZX để mô phỏng các bộ ghép nối XX và ZZ, từ đó chứng minh rằng một cặp khớp nối không đi lại một bộ xử lý lượng tử có thể được sử dụng để mô phỏng các sơ đồ ghép khác.
[ Nhận xét của tôi : Về cơ bản, chỉ có rất nhiều phòng; và ngẫu hứng được lên kế hoạch.]
Trong ứng dụng, nó hơi khó hiểu hơn một chút:
[0129] Đọc ra có thể khó khăn hơn trong AQC so với GMQC. Trong mô hình sau, tất cả các qubit được phân lập ở cuối tính toán. Do đó, người ta có thể đọc độc lập từng qubit trong bộ xử lý GMQC. Ngược lại, AQC chấm dứt với mục tiêu Hamilton được khẳng định. Khi Hamilton có chứa các yếu tố ngoài đường chéo, đọc AQC có thể đưa ra một thách thức. Nếu quá trình đọc yêu cầu hàm sóng đăng ký qubit bị sập, thì trạng thái đó sẽ không còn là nguyên bản của Hamiltonian đích. Do đó, mong muốn đưa ra một phương pháp để đồng thời chiếu các trạng thái của tất cả các qubit trong bộ xử lý AQC với sự có mặt của các sai lệch và khớp nối hữu hạn .