QC - Kvantum programozás: megvalósítási kérdések

Fotó: NeONBRAND

Még mindig a Quantum Computing korai szakaszában vagyunk. Várjon meglepetéseket! A kvantumalgoritmus függ a rendelkezésre álló kvitektől és attól, hogy ezek a kvitek hogyan kapcsolódnak egymáshoz. A kvantumszámítógépek különböző modelljei eltérően is megtehetik. Ez olyan, mintha egy program az Intel i7 processzoron fut, és a következő generációs processzor számára nem sikerül. A dekoherencia egy másik fontos kérdés a kvantumszámításban. Ne várja el, hogy szüneteltet egy futó programot, és elkap egy kávét. Miután megnyomta a Futtatás gombot, az óra alatt van. A programnak gyorsan be kell fejeznie, mielőtt a kvantuminformáció elromlik. Ebben a cikkben néhány megvalósítási kérdést, valamint a dekórencia problémáját tárgyaljuk.

Cserélhető kapu

A kvitek fizikai megvalósítása nem lehet szimmetrikus. Egy nem ellenőrzött kapu esetén a 0-os kbit lehet a vezérlés és az 1-es kbit a célpont, de nem az ellenkezője.

Nagyon függ a megvalósítástól

Itt megmutatja, hogy a 2-kvbit hogyan csatlakoztatható az CN Q-kapuhoz az IBM Q5-en.

Amint az alább látható, ha a q1-et és a q2-et egy ellenőrzött kapuval kapcsoljuk össze, akkor hibát fogunk kapni.

Forrás

Ebben a gépen nem megengedett, hogy a q1 vezérlőbbit legyen, ha a célpont q2.

A kapuk átrendezésével a hiba megszűnik.

Itt található még egy példa az IBM Q20-hoz.

IBM Q 20 Tokyo (20-kvites) - a forrásból módosítva

A korlátozás legyőzéséhez csere segítségével két kvitet cserélhetünk.

További lehetőségek vannak a probléma leküzdésére:

Forrás

Univerzális kapu

A klasszikus számítástechnika területén a NAND gate egy univerzális kapu, amely felépíti a fennmaradó műveleteket. Teljesítmény szempontjából megvalósíthatunk még néhány univerzális kaput. Komplex kapuk épülnek ezen fizikai kapuk tetejére. A kvantumos kapukban az univerzális halmaz értéke

Ez tovább csökkentheti és közelítheti bármely pontossággal a CNOT, H, S és T kapukkal. A gyakorlatban az IBM Q (ibmqx4) a következő fizikai kapukat valósítja meg:

ahol

A programozási felülethez az összes alábbi művelet az IBM Q-ben biztosított, és a fenti kapuk tetejére épül.

Ez valójában egy fontos témához vezet.

Nem minden kvbit egyenlő

A pontosság és a hibák továbbra is problémát jelentenek a kvantumszámítás szempontjából. Mint fentebb jeleztük, a különböző kviteknek eltérő kapu hibája és kiolvasási hibája van. A kapu hibája a kvantumkapu alkalmazásának pontossága. azaz milyen pontosan tudjuk ellenőrizni a szuperpozíciót? A leolvasási hiba a kvitek mérésének hibája. A MultiQubit átjáróhiba az a hiba, amely a 2-bites átjáróval működik. Ezt az információt figyelembe lehet venni egy algoritmus megvalósításakor. Vagy legalább ezt dokumentálni kell a végrehajtási futtatással a jövőbeli összehasonlítás vagy referencia céljából.

Dekretáció és hibák

Mint korábban említettük, minden kvantumprogram az óra alatt fut. Miután megütötte a futógombot, a kvantuminformációk romlani kezdenek a környezettel való kölcsönhatás miatt (bármilyen elektromos és mágneses mező a közelben). A programot be kell fejezni, mielőtt a kvantumállapot szemétté válna. Tehát tisztában kell lennie a programban használt fizikai kvantumkapu hosszával. Mivel a program logikus kvantumos kapukban van megírva, hasznos annak ismerete, hogy a fizikai kapuk hogyan kerülnek fizikai kapukra.

A kvantumszámítógépek minőségét a relaxációs idővel (T1), a koherenciaidővel (T2), a leolvasási hibákat és a kapu hibákat mérhetjük.

Forrás az IBM

A dekórencia folyamatát a fenti T1 és T2 mérjük.

T1 - Energia relaxáció: az gerjesztett | 1⟩ állapothoz szükséges idő az alapállapot felé csökken | 0⟩.

T2 - Elválasztás, amely befolyásolja a szuperpozíciós fázist. A T2 magában foglalja a dephasing és az energia relaxáció hatását.

Ez az oka annak, hogy ezeket az információkat mindig közzétesszük.

Hibatűrés

A hibatűrés kiszámítását már nagyon hosszú ideje nem tanítják a mérnöki munkában. A kvantumszámítás visszahozza a témát. A kvantumszámítás érzékeny a hibákra. A probléma ellensúlyozására további kvantumkapukat adhatunk hozzá a hibák észleléséhez vagy a hibák javításához. Ez az egyik fő oka annak, hogy mindig sokkal több jegyre van szükségünk, mint gondolnánk. A következő minta egy kódoló és dekóder, amely lehetővé teszi egy kvbit hibát.

Forrás: IBM

Következő

Most befejezzük a kvantumkapukat. Ezután megkezdjük a kvantumalgoritmus programozását.

Itt található a link az egész sorozathoz: