Tôi muốn biết độ phức tạp thời gian nào được coi là hiệu quả / không hiệu quả đối với máy tính lượng tử. Đối với điều này, tôi cần biết một máy tính lượng tử có thể thực hiện bao nhiêu thao tác mỗi giây. Bất cứ ai có thể cho tôi biết làm thế nào để tính toán nó và những yếu tố nó phụ thuộc vào (chi tiết thực hiện hoặc số lượng qubit, vv)?
Có bao nhiêu hoạt động một máy tính lượng tử có thể thực hiện mỗi giây?
Câu trả lời:
Đưa ra một ước tính cho một chip lượng tử chung là không thể vì hiện tại không có triển khai tiêu chuẩn.
Tuy nhiên, có thể ước tính con số này cho chip lượng tử cụ thể, với thông tin được cung cấp trực tuyến. Tôi đã tìm thấy thông tin về các chip IBM Q, vì vậy đây là câu trả lời cho chip IBM Q 5 Tenerife . Trong liên kết, bạn sẽ tìm thấy thông tin trên chip, nhưng không có gì về thời gian. Bạn cần truy cập nhật ký phiên bản của chip (thông qua một liên kết được đưa ra trên trang chip IBM Q 5 Tenerife ). Trong nhật ký phiên bản này, đi đến phần "Thông số cổng", bạn sẽ có thông tin sau (giải thích thêm bên dưới):
- Một thời gian cho "GD", là 60ns trong liên kết ở trên.
- Nhiều lần cho "GF" (hãy lấy 200ns cho các tính toán bên dưới).
- Một "thời gian đệm", là 10ns trong liên kết ở trên.
Nhưng "GD", "GF" hay "thời gian đệm" thể hiện điều gì? Chúng là các hoạt động vật lý cơ bản , tức là các hoạt động sẽ được thực hiện trên qubit vật lý. Những hoạt động vật lý này sau đó được sử dụng để thực hiện một số cổng lượng tử cơ sở. Bạn có thể tìm thấy sự phân rã của 4 cổng lượng tử cơ sở của các phụ trợ Q của IBM về các hoạt động vật lý này trên trang chip IBM Q 5 Tenerife . Tôi đã sao chép hình minh họa dưới đây.
Cùng với "GD" và "GF", có một hoạt động "FC" vật lý không xuất hiện trong thời gian. Điều này là do hoạt động "FC" này chỉ "thay đổi khung của các xung sau" (trích dẫn Jay Gambeta từ một cuộc trò chuyện trên QISKit Slack), và do đó, hoạt động "FC" có chi phí (thời gian áp dụng) là 0.
"Thời gian đệm" chỉ là thời gian tạm dừng giữa mỗi ứng dụng hoạt động vật lý.
Vì vậy, cuối cùng chúng ta có thể tính thời gian cần thiết để áp dụng mỗi cổng cơ sở trên phụ trợ cụ thể này:
- U1 : 0ns
- U2 : 70ns = 0ns + 60ns + 10ns (bộ đệm) + 0ns
- U3 : 140ns = 0ns + 60ns + 10ns (bộ đệm) + 0ns + 60ns + 10ns (bộ đệm) + 0ns
- CX : 560ns = 0ns + 60ns + 10ns (bộ đệm) + 200ns + 10ns (bộ đệm) + 60ns + 10ns (bộ đệm) + 200ns + 10ns (bộ đệm)
Từ các thời gian này, bạn có thể suy ra số lượng hoạt động mỗi giây mà phụ trợ ibmqx4 có thể thực hiện.
Lấy 200ns cho mỗi hoạt động như một xấp xỉ thô của thời gian trung bình cho một hoạt động, bạn kết thúc với 5 000 000 hoạt động mỗi giây.
Bạn có thể tìm thấy dữ liệu cho các phụ trợ khác trên kho lưu trữ GitHub của qiskit-backend-information .
Có một sự khác biệt quan trọng giữa các hoạt động vật lý và hoạt động logic .
Các hoạt động vật lý sẽ không hoàn hảo, được thực hiện trên các qubit cũng không hoàn hảo. Tốc độ mà những thứ này có thể được thực hiện tùy thuộc vào hệ thống vật lý nào đang được sử dụng để nhận ra các qubit. Ví dụ, các qubit siêu dẫn có thể thực hiện hai cổng qubit (những cổng chậm nhất) trong một khoảng thời gian theo thứ tự 100 ns (xem câu trả lời của Nensonee ).
Bằng cách kết hợp nhiều qubit vật lý và thực hiện một quy trình với nhiều thao tác vật lý, chúng ta có thể xây dựng các qubit hợp lý . Bằng cách sửa lỗi, các qubit này và các thao tác được thực hiện dựa trên chúng có thể được thực hiện chính xác tùy ý. Đây là loại hoạt động được yêu cầu để thực hiện các thuật toán lượng tử.
Hiện tại có quá nhiều ẩn số để cung cấp cho bạn tốc độ hoạt động logic. Đặc biệt là ngay cả khi các qubit logic bằng chứng nguyên tắc chưa được xây dựng (ít nhất là không có mã sửa lỗi lượng tử). Nó phụ thuộc vào mức độ không hoàn hảo của các qubit vật lý và hoạt động, và vì vậy chúng ta cần phải làm bao nhiêu để làm sạch mọi thứ. Nó phụ thuộc vào loại mã sửa lỗi mà chúng tôi sử dụng, do đó phụ thuộc vào tập lệnh của bộ xử lý lượng tử của chúng tôi (nghĩa là, cặp qubit nào có thể có cổng hai qubit được áp dụng trực tiếp trên chúng). Và điều này phụ thuộc vào mức độ tiếng ồn mà chúng ta sẵn sàng có, bởi vì kiến trúc tốt hơn thường phải trả giá bằng tiếng ồn. Vì vậy, có rất nhiều sự phụ thuộc lẫn nhau, và nhiều điều cần được giải quyết.