Sistem D-Wave, seperti yang saya mengerti, memungkinkan kita untuk memprogram model Ising dan untuk menemukan kondisi dasar mereka. Dalam bentuk ini, itu tidak universal untuk perhitungan kuantum: itu tidak dapat mensimulasikan komputer kuantum model sirkuit.
Apa hal paling sederhana yang bisa dilakukan untuk menjadikannya universal? Apa alasan mengapa hal semacam itu belum dilaksanakan?
Jawaban:
Skrup XX diperlukan untuk membuat anil kuantum universal.
https://arxiv.org/abs/0704.1287
Sedangkan untuk membuat mereka, saya tidak terlalu akrab dengan masalah perangkat keras. Mungkin orang lain bisa mengomentari itu.
Dalam jawaban yang diterima, dikatakan bahwa skrup XX "perlu".
Namun YY skrup juga akan melakukan pekerjaan itu. Ini karena gadget YY yang dijelaskan di bagian VI tulisan ini .
Sebenarnya bahkan kertas asli yang diberikan dalam jawaban yang diterima, mengatakan bahwa XZ juga akan cukup baik (bukan hanya XX). Untuk alasan itu, YZ juga harus cukup baik, meskipun belum ada yang secara eksplisit membuat gadget.
Dari keempat opsi ini (XX, YY, XZ, YZ) untuk coupler tambahan yang akan membuat mesin D-Wave menjadi universal, salah satunya telah diimplementasikan dalam perangkat keras oleh D-Wave: coupler YY.
Itu dipresentasikan pada konferensi AQC pada tahun 2018:
Namun ada beberapa batasan pada kontrol dari istilah-istilah YY ini, dan alasan fisik untuk ini adalah subjek dari pertanyaan saya di sini: Dalam komputer kuantum universal D-Wave, mengapa istilah YY harus didorong bersamaan dengan istilah X linear ?
Apa hal paling sederhana yang bisa dilakukan untuk menjadikannya universal?
Lihat US Patent US9162881B2 "Realisasi fisik komputer kuantum adiabatik universal" atau Aplikasi AS US20150111754A1 "Komputasi kuantum adiabatik universal dengan qubit superkonduktor" yang dikutip di sini:
Definisi: Dasar Seluruh spesifikasi ini dan klaim terlampir, istilah "basis" dan "basis" digunakan untuk menunjukkan satu set atau set, masing-masing, vektor bebas linear yang dapat digabungkan untuk sepenuhnya menggambarkan ruang vektor yang diberikan. Sebagai contoh, dasar dari koordinat kartesius spasial standar terdiri dari tiga vektor, sumbu x, sumbu y, dan sumbu z. Mereka yang ahli dalam fisika matematika akan menghargai bahwa pangkalan dapat didefinisikan untuk ruang operator, seperti yang digunakan untuk menggambarkan orang Hamilton.
Definisi: Qubit Efektif Sepanjang spesifikasi ini dan klaim terlampir, istilah "qubit efektif" dan "qubit efektif" digunakan untuk menunjukkan sistem kuantum yang dapat direpresentasikan sebagai sistem dua tingkat. Mereka yang ahli dalam bidang yang relevan akan menghargai bahwa dua level spesifik dapat diisolasi dari sistem kuantum multi-level dan digunakan sebagai qubit yang efektif. Selain itu, istilah "qubit efektif" dan "qubit efektif" digunakan untuk menunjukkan sistem kuantum yang terdiri dari sejumlah perangkat yang dapat digunakan untuk mewakili sistem dua tingkat tunggal. Sebagai contoh, sejumlah qubit individu dapat digabungkan bersama sedemikian rupa sehingga seluruh set, atau sebagian dari itu, qubit gabungan mewakili sistem dua tingkat tunggal.
[0061] Universal Quantum Computer (UQC) adalah komputer kuantum yang mampu mensimulasikan komputer kuantum lainnya secara efisien. Dalam beberapa perwujudan, Universal Adiabatic Quantum Computer (UAQC) akan dapat mensimulasikan komputer kuantum apa pun melalui perhitungan kuantum adiabatik dan / atau melalui anil kuantum. Dalam beberapa perwujudan, UAQC akan dapat mensimulasikan sistem kuantum fisik melalui perhitungan kuantum adiabatik dan / atau melalui anil kuantum.
[0062] Telah ditetapkan bahwa spin Hamiltonian kisi lokal dapat digunakan untuk perhitungan kuantum adiabatik universal. Namun, model 2-lokal yang digunakan Hamiltonian bersifat umum dan karenanya tidak membatasi jenis interaksi yang diperlukan antar spin untuk diketahui interaksi yang dapat diwujudkan dalam prosesor kuantum. Model Ising 2-lokal dengan bidang transversal 1-lokal telah direalisasikan menggunakan berbagai teknologi.
[0063] Model putaran kuantum ini dianggap tidak mungkin universal untuk perhitungan kuantum adiabatik. Lihat diskusi dalam S. Bravyi et al., 2006 arXiv: quant-ph / 0606140v4 atau Quant. Inf. Comp. 8, 0361 (2008). Namun, telah ditunjukkan bahwa perhitungan kuantum adiabatik dapat diterjemahkan secara universal dan termasuk dalam kelas kompleksitas Quantum Merlin Arthur, analog kuantum dari kelas kompleksitas NP, dengan memiliki kopling 2-local diagonal dan off-diagonal selain merdu 1 Bias diagonal dan off-diagonal lokal .
[0064] Istilah diagonal dan off-diagonal dapat didefinisikan dengan mengacu pada dasar komputasi. Keadaan qubit dapat berupa salah satu dari dua kondisi dasar atau superposisi linier dari dua kondisi dasar. Kedua negara membentuk dasar komputasi.
Catatan: Lihat Paten untuk rincian lengkap.
Apa alasan mengapa hal semacam itu belum dilaksanakan?
Dari: " Pemrosesan Informasi Quantum dengan Sirkuit Superkonduktor: Ulasan " oleh G. Wendin (8 Okt 2017), di halaman 77:
Mesin Sistem D-Wave dibangun dari atas ke bawah - peningkatan skala didasarkan pada qubit dan sirkuit fluks dengan waktu koherensi pendek. Teknologi ini didasarkan pada sirkuit Nb RSFQ klasik yang dikombinasikan dengan qubit Nb rf-SQUID, dan membentuk dasar dari prosesor D-Wave saat ini. Arsitektur ini didasarkan pada jaringan lintas-bar bus komunikasi yang memungkinkan (terbatas) penggabungan qubit jauh. Qubit dioperasikan dengan memvariasikan bias dc, mengubah energi qubit dan kopling qubit qubit.
Akibatnya, sifat koherensi dan keterikatan harus diselidiki dengan melakukan berbagai jenis eksperimen pada mesin dan komponennya: Eksperimen fisika pada perangkat keras, dan "pembandingan" kinerja dengan menjalankan berbagai skema QA.
Selama tiga tahun terakhir, topik ini telah berkembang dengan cepat, dan sekarang pemahaman bersama dan konsensus telah tercapai. Berdasarkan diskusi di beberapa makalah baru-baru ini, situasinya dapat disimpulkan sebagai berikut:
• Perilaku mesin D-Wave konsisten dengan anil kuantum.
• Sejauh ini tidak ada keunggulan penskalaan (peningkatan kecepatan kuantum).
• QA efisien dalam menemukan solusi yang baik dengan cepat selama hambatannya sempit, tetapi pada akhirnya akan macet begitu hambatan besar ditemui
• Hasil Google D-Wave 2X menunjukkan peningkatan kecepatan jutaan kali untuk instance asli yang sangat cocok dengan grafik perangkat keras perangkat.
• Untuk masalah umum yang tidak dipetakan dengan baik ke perangkat keras QA, kinerja akan sangat berkurang.
• Algoritma optimisasi klasik yang lebih efisien ada untuk masalah ini, yang mengungguli perangkat D-Wave 2X saat ini untuk sebagian besar contoh masalah. Namun, perlombaan aktif.
• Dengan rekayasa yang ditingkatkan, terutama anil dan pembacaan yang lebih cepat, waktu untuk melakukan lari anil kuantum dapat dikurangi dengan faktor 100x dibandingkan perangkat QA generasi sekarang.
• Namun, kesalahan spesifikasi fungsi biaya karena ketidakakuratan kalibrasi merupakan tantangan yang dapat menghambat kinerja perangkat QA analog.
• Tantangan lain adalah menanamkan masalah ke dalam arsitektur perangkat keras asli dengan konektivitas terbatas.
• Ada pertanyaan terbuka tentang peningkatan kuantum dalam QA analog.
• Koreksi kesalahan QA telah ditunjukkan dan dapat membuka jalan menuju perangkat AQO skala besar yang dilindungi.
• Biasanya, masalah yang sulit secara komputasi klasik juga tampaknya menjadi masalah yang sulit untuk perangkat QA.
• Kalibrasi alat berat yang lebih baik, pengurangan kebisingan, optimalisasi jadwal QA, ukuran sistem yang lebih besar dan masalah spin-glass khusus mungkin diperlukan untuk menunjukkan peningkatan kecepatan kuantum. Namun apa yang sulit mungkin tidak mudah untuk dinilai.
• Tetap melihat apa yang dapat dilakukan sistem D-Wave 2000Q terbaru dengan 2000 qubit.
Catatan: Lihat kertas untuk detail lengkap.
Paten ini agak lebih samar dalam penjelasannya:
Kopling yang disimulasikan dijelaskan dalam Gbr. 9 dan Gbr. 10 memungkinkan beberapa jenis kopling direalisasikan oleh lebih sedikit jenis kopling aktual. Ini dapat memberikan fleksibilitas yang lebih besar dalam prosesor kuantum di mana arsitektur paling cocok untuk jenis skrup tertentu. Misalnya, prosesor kuantum superkonduktor yang, untuk alasan apa pun, paling cocok untuk mengimplementasikan hanya ZZ-coupler dan XX-coupler dapat menggabungkan kopling simulasi melalui qubit mediator untuk menyadari efek dari simulasi XZ dan ZX coupling.
Mereka yang ahli dalam bidang ini akan menghargai bahwa, untuk keperluan mewujudkan arsitektur penggandengan qubit yang diajarkan dalam sistem, metode, dan peralatan saat ini, berbagai perwujudan dari skrup XX-, ZZ-, XZ-, dan ZX yang dijelaskan di sini mewakili contoh perangkat kopling yang tidak terbatas. Semua perangkat sambungan yang dijelaskan dalam sistem saat ini, metode dan peralatan dapat dimodifikasi untuk mengakomodasi persyaratan sistem tertentu di mana mereka sedang dilaksanakan, atau untuk menyediakan fungsionalitas spesifik yang menguntungkan dalam aplikasi tertentu.
Sistem, metode, dan peralatan saat ini menggambarkan realisasi fisik dari komputasi kuantum adiabatik universal dengan penerapan setidaknya dua mekanisme penggandengan yang berbeda dalam satu arsitektur prosesor. Setiap mekanisme kopling menyediakan kopling antara basis pertama dan kedua (misalnya, kopling antara X dan X, X dan Z, atau Z dan Z), dengan demikian mendefinisikan "basis berpasangan" (misalnya, XX, XZ, atau ZZ) .Sesuai dengan sistem saat ini, metode dan peralatan, arsitektur kopling-qubit yang masing-masing menyertakan setidaknya dua basis berpasangan yang berbeda, di mana setidaknya dua basis berpasangan yang berbeda tidak bepergian, digunakan untuk mewujudkan Hamiltonians untuk perhitungan kuantum adiabatik universal. Sebagai contoh, berbagai perwujudan yang dijelaskan di sini mengajarkan bahwa komputasi kuantum adiabatik universal dapat secara fisik diwujudkan dengan aplikasi simultan skrup off-diagonal dalam arsitektur kopling-qubit . Mereka yang ahli dalam bidang ini akan menghargai bahwa konsep ini dapat diperluas ke skrup yang mencakup basis-Y, seperti XY-, YX-, YY-, ZY-, dan YZ-skrup.
Spesifikasi ini dan klaim terlampir menggambarkan implementasi fisik Hamiltonian yang dapat direalisasi untuk komputer kuantum adiabatik universal dengan mendemonstrasikan arsitektur qubit-coupling universal. Ada elemen umum untuk perwujudan skema kopling universal yang dijelaskan di sini, dan itu adalah implementasi dari setidaknya dua set perangkat kopling berbeda antara qubit, di mana basis masing-masing ditambah dengan dua set perangkat kopling yang berbeda tidak bolak-balik. Mereka yang ahli dalam bidang ini akan menghargai bahwa skrup non-komuter dapat direalisasikan dalam berbagai perwujudan dan implementasi yang berbeda dan semua perwujudan semacam itu tidak dapat secara praktis diungkapkan dalam spesifikasi ini. Dengan demikian, hanya dua perwujudan fisik, arsitektur kopling XX-ZZ dan arsitektur kopling XZ-ZX, dirinci di sini dengan pengakuan bahwa siapa pun yang ahli dalam bidang yang relevan akan mengakui ekstensi untuk setiap arsitektur prosesor kuantum yang menerapkan skrup non-komuter. Selain itu, mereka yang ahli dalam bidang ini akan menghargai itubeberapa algoritma kuantum atau batasan perangkat keras dapat memaksakan persyaratan minimum pada jumlah qubit efektif dalam prosesor kuantum dan / atau jumlah skrup . Sistem, metode, dan peralatan saat ini menjelaskan penggunaan skrup XX dan ZZ untuk mensimulasikan skrup XZ dan ZX, serta penggunaan skrup XZ dan ZX untuk mensimulasikan skrup XX dan ZZ, sehingga membuktikan bahwa sepasang skrup non-komuter di prosesor kuantum dapat digunakan untuk mensimulasikan skema coupler lainnya.
[ Komentar saya : Pada dasarnya, hanya ada begitu banyak ruang; dan perbaikan direncanakan.]
Dalam Aplikasi ini sedikit kurang samar:
[0129] Pembacaan kemungkinan lebih menantang di AQC daripada di GMQC. Dalam paradigma yang terakhir, semua qubit diisolasi pada akhir perhitungan. Akibatnya, seseorang dapat secara independen membaca setiap qubit dalam prosesor GMQC. Sebaliknya, AQC berakhir dengan target Hamiltonian yang ditegaskan. Ketika Hamiltonian mengandung elemen off-diagonal, membaca untuk AQC dapat menghadirkan tantangan. Jika proses pembacaan mengharuskan fungsi gelombang register qubit runtuh, maka status itu tidak akan lagi menjadi status eigen dari target Hamiltonian. Oleh karena itu, diinginkan untuk merancang metode untuk secara bersamaan memproyeksikan keadaan semua qubit dalam prosesor AQC di hadapan bias dan kopling yang terbatas .