祖沖之計算機の3キュービットは、ランダムな文字列を数百回生成するタスクを複雑にします

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Anonim
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中国の物理学者によって開発された超伝導体上の量子コンピューター祖沖之は、グーグルのシカモアよりも2〜3桁速いことが判明した。彼らは56キュービットのプロセッサを使用し、古典的なプロセッサよりも優れていることを実験的に実証しました。作品のプレプリントはarXiv.orgで公開されています。

2年前、グーグルは53の超伝導キュビットのコンピューティングデバイスで量子超越性を達成したと発表しました。これは彼らがシカモアと呼んでいました。彼らは、量子計算機がランダムな文字列を生成するタスクで従来のものよりも速く対処することを示しました-計算機の初期状態に既知のランダムな一連の演算を適用した後、出力で得られた確率分布が測定され、理論的なもの。 IBMは実験の結果を批判し、別の古典的なアルゴリズムが使用された場合、古典的なスーパーコンピューターは数千分の1の時間しかかからないと主張しました。その後、Googleの科学者チームが応用問題に目を向け、シカモアで水素鎖の基底状態のエネルギーを計算し、化学反応を説明することができました。

中国科学技術大学のJian-WeiPanが率いる物理学者のチームは、量子ビットの数が53から56に増えると、量子コンピューターがどれほど強力になるかを示しました。著者は、66量子ビットの量子のうち56量子ビットを使用しました。コンピュータと1キュービットのものを使用する精度を測定しました。2キュービット操作とキュービットの読み取り。電卓の能力を推定するために、著者はそれを使用してランダムな文字列を生成する問題を解決しました。

量子プロセッサは、66個の超伝導トランズモンキュービットの2次元格子アーキテクチャを備えています。これについては、量子技術のコースで詳しく知ることができます。各キュービット(極端なものを除く)は、相互作用の程度を調整する特別なキュービットを使用して、4つの隣接するキュービットに接続されます。実際、これは同じトランズモンですが、異なる周波数で動作します。これにより、異なるタイプのキュービットの制御を分離できます。

物理学者は、1つまたは2つのキュービットで演算を実行したときに得られる誤差が1パーセントを超えず、読み出し誤差が4.5パーセントであると実験的に確信した後、ランダム量子シーケンスの生成に切り替えました。ランダムシーケンスまたは文字列は、ランダム量子スキームによって生成できます。1キュービットおよび2キュービット操作のレイヤーは、キュービットの2次元格子に順次適用されます。 1サイクルで、各キュービットは3つの変換の1つと1つの2キュービットにランダムにさらされます。これは、特定のシーケンスでサイクルごとに変化し、すべてのサイクルの後、測定の直前に、すべてのキュービットが再びランダムな1つを実行します。キュービット操作。

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回路の周期的変換のスキーム:水色の1キュービット変換がマークされ、黄色、緑、青、赤-異なる2キュービット変換。同じ変換が2次元格子上に示されます

ループの数が少ない場合でも、高い確率でエンタングル状態につながる可能性があります。それにもかかわらず、著者らは56キュービットで20サイクルのスキームを使用し、その結果を従来のコンピューターの計算と比較しました。サイクル数が増えると、問題のシミュレーションは従来のコンピューターでは耐えられなくなります。したがって、物理学者はその性能を評価するために、単純化された回路モデルを使用します。回路を2つの別々の部分に分割し、並列に変換するか、最初にいくつかの2キュービットサブレイヤーを削除します。少数のサイクルでテストすると、両方のモデルが実験データを適切に記述していることが示されているため、科学者はチェーン変換の精度のサイクル数への依存性をより多くのサイクルに外挿します。

古典的なプロセッサと量子プロセッサで問題を解決するのに必要な時間を比較することで、科学者は、キュービットの数が増えると問題がどれほど難しくなるかを比較することができました。古典的なコンピューターが15。9日で53キュービットのタスクに対処した場合、56キュービットのコンピューターは8。2年かかります。

著者は、古典的なコンピューターでのシミュレーションに大幅に異なるアプローチで2つの異なるアルゴリズムを使用し、同様の推定値を受け取ったという事実にもかかわらず、新しい、より効率的なアルゴリズムの出現を予測しています。彼らの意見では、これにより、古典的コンピューティングと量子コンピューティングの間の競争が継続し、量子システムのスケーリングに役立つ可能性があります。

同じアーキテクチャで量子回路をシミュレートするためのシンプルで効果的な古典的アルゴリズムは、中国の物理学者のグループによってすでに提案され、実装されています。そして彼らの同僚は、別の問題を解決する上で、フォトニック量子プロセッサが古典的なものよりも高速であることが判明したことを示しました。

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