Saya ingin tahu kompleksitas waktu apa yang dianggap efisien / tidak efisien untuk komputer kuantum. Untuk ini, saya perlu tahu berapa banyak operasi yang dapat dilakukan komputer kuantum per detik. Adakah yang bisa memberi tahu saya cara menghitungnya dan faktor apa yang bergantung padanya (detail implementasi atau jumlah qubit, dll.)?
Berapa banyak operasi yang dapat dilakukan komputer kuantum per detik?
Jawaban:
Memberikan perkiraan untuk chip kuantum generik tidak mungkin karena tidak ada implementasi standar untuk saat ini.
Namun demikian, dimungkinkan untuk memperkirakan angka ini untuk chip kuantum tertentu, dengan informasi yang disediakan secara online. Saya menemukan informasi tentang chip Q IBM, jadi inilah jawaban untuk chip Q5 Tenerife IBM . Di tautan, Anda akan menemukan informasi tentang chip tersebut, tetapi tidak ada yang mengenai timing. Anda perlu mengakses log versi chip (melalui tautan yang diberikan pada halaman chip IBM Q 5 Tenerife ). Di log versi ini, buka bagian "Spesifikasi Gerbang", Anda akan memiliki informasi berikut (penjelasan lebih lanjut di bawah):
- Waktu untuk "GD", yaitu 60ns di tautan di atas.
- Beberapa kali untuk "GF" (mari kita ambil 200ns untuk perhitungan di bawah).
- "Waktu buffer", yaitu 10ns di tautan di atas.
Tetapi apa yang dilambangkan oleh "GD", "GF" atau "buffer time"? Mereka adalah operasi fisik dasar , yaitu operasi yang akan dilakukan pada qubit fisik. Operasi fisik ini kemudian digunakan untuk mengimplementasikan beberapa gerbang kuantum dasar. Anda dapat menemukan dekomposisi 4 gerbang kuantum dasar dari backend Q IBM dalam hal operasi fisik ini pada halaman chip IBM Q 5 Tenerife . Saya menyalin ilustrasi di bawah ini.
Bersamaan dengan "GD" dan "GF", ada operasi "FC" fisik yang tidak muncul di timing. Ini karena operasi "FC" ini hanya "mengubah kerangka pulsa berikut" (mengutip Jay Gambeta dari percakapan di QISKit Slack), sehingga operasi "FC" memiliki biaya (waktu aplikasi) sebesar 0.
"Waktu buffer" hanyalah waktu jeda antara setiap aplikasi operasi fisik.
Jadi akhirnya kita dapat menghitung waktu yang diperlukan untuk menerapkan setiap gerbang dasar pada backend spesifik ini:
- U1 : 0ns
- U2 : 70ns = 0ns + 60ns + 10ns (buffer) + 0ns
- U3 : 140ns = 0ns + 60ns + 10ns (buffer) + 0ns + 60ns + 10ns (buffer) + 0ns
- CX : 560ns = 0ns + 60ns + 10ns (buffer) + 200ns + 10ns (buffer) + 60ns + 10ns (buffer) + 200ns + 10ns (buffer)
Dari pengaturan waktu ini, Anda dapat menyimpulkan jumlah operasi per detik yang dapat dilakukan backend ibmqx4.
Mengambil 200ns per operasi sebagai perkiraan kasar waktu rata-rata untuk operasi, Anda berakhir dengan 5.000 000 operasi per detik.
Anda dapat menemukan data untuk backend lainnya di repositori GitHub qiskit-backend-informasi .
Ada perbedaan penting antara operasi fisik dan operasi logis .
Operasi fisik yang akan sedikit tidak sempurna, dilakukan pada qubit yang juga tidak sempurna. Tingkat di mana ini dapat dilakukan tergantung pada sistem fisik apa yang digunakan untuk mewujudkan qubit. Misalnya, qubit superkonduktor dapat melakukan dua gerbang qubit (yang paling lambat) secara berurutan dengan urutan 100 ns (lihat jawaban Nelimee ).
Dengan menggabungkan banyak qubit fisik, dan melakukan proses dengan banyak operasi fisik, kita dapat membangun qubit logis . Dengan melakukan koreksi kesalahan, qubit ini dan operasi yang dilakukan pada mereka dapat dibuat akurat secara sewenang-wenang. Ini adalah jenis operasi yang diperlukan untuk mengimplementasikan algoritma kuantum.
Saat ini ada terlalu banyak yang tidak diketahui untuk memberi Anda clock rate operasi logis. Terutama karena bahkan qubit logis pembuktian prinsip belum dibangun (setidaknya dengan kode koreksi kesalahan kuantum). Itu tergantung pada seberapa tidak sempurnanya qubit dan operasi fisik, dan seberapa banyak yang perlu kita lakukan untuk membersihkan semuanya. Itu tergantung pada jenis kode koreksi kesalahan yang kita gunakan, yang pada gilirannya tergantung pada set instruksi dari prosesor kuantum kita (yaitu, pasangan qubit mana yang dapat memiliki dua gerbang qubit yang diterapkan secara langsung). Dan ini tergantung pada seberapa banyak kebisingan yang bersedia kita miliki, karena arsitektur yang lebih baik sering datang dengan biaya kebisingan. Jadi ada banyak saling ketergantungan, dan banyak yang harus diselesaikan.