หลักฐานนี้แสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบด้านควอนตัม แม้กระทั่งสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีเสียงดัง

หลักฐานนี้แสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบด้านควอนตัม แม้กระทั่งสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีเสียงดัง

เครดิตฟรี

งานต่อเนื่องที่สำคัญที่สุดในช่วงแรก ๆ ของการคำนวณควอนตัมคือการระบุปัญหาที่อุปกรณ์ควอนตัมในปัจจุบันสามารถแก้ไขได้ดีกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไป เอกสารฉบับใหม่ได้พิสูจน์แล้วว่าภายใต้สถานการณ์ที่เหมาะสม มีบางสถานการณ์ที่แม้แต่คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีเสียงดังก็มีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนแปลงค่า qubit อย่างไม่คาดคิดก็สามารถเอาชนะคอมพิวเตอร์แบบเดิมได้ บนวงจรที่คุณดำเนินการเองได้

สล็อต

คอมพิวเตอร์ควอนตัมในปัจจุบันถูกจำกัดด้วยข้อผิดพลาดด้วยจำนวน qubits โดยที่ qubits สามารถโต้ตอบกันได้ และด้วยความจริงที่ว่าพวกเขาสามารถเรียกใช้วงจรด้วยจำนวนขั้นตอนที่ไม่ต่อเนื่องในจำนวนที่จำกัดก่อนที่จะสูญเสียความสมบูรณ์ของควอนตัม เมื่อสองปีที่แล้ว ทีมนักวิจัยนานาชาติซึ่งรวมถึง Sergey Bravyi ของ IBM ได้พิสูจน์ว่าเอฟเฟกต์ควอนตัมทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมจำกัดเหล่านี้มีประสิทธิภาพเหนือกว่าคอมพิวเตอร์คลาสสิกสำหรับปัญหาบางอย่าง ตราบใดที่คอมพิวเตอร์คลาสสิกถูกจำกัดให้รันวงจรที่มีความลึกคงที่ — วงจรที่มี ขอบเขตบนของจำนวนขั้นตอนที่ไม่ต่อเนื่องที่สามารถเรียกใช้ได้ ทีมงานของ Bravyi ได้เผยแพร่แล้ว การพิสูจน์อัลกอริธึมที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมขัดขวางเสียงรบกวน เช่นเดียวกับที่มีอยู่ในปัจจุบัน สามารถเอาชนะคอมพิวเตอร์คลาสสิกที่ใช้วงจรความลึกคงที่ได้
เหตุใดเราจึงควรตื่นเต้นกับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ตีคอมพิวเตอร์คลาสสิกแบบจำกัดจำนวน ดีถามว่าหรือไม่ได้ใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้วงจรตื้นลึกสามารถเอาชนะใด ๆขั้นตอนวิธีคลาสสิก ยากเกินไปเล็กน้อย จะเกิดอะไรขึ้นถ้ามีอัลกอริธึมแบบคลาสสิกที่เรายังไม่ได้นึกถึงล่ะ? นอกจากนี้ การเปรียบเทียบดังกล่าวก็เหมือนการแข่งขันกระสอบมันฝรั่งที่คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกไม่จำเป็นต้องใช้กระสอบ — การจับคู่วงจรควอนตัมความลึกคงที่กับวงจรคลาสสิกที่มีความลึกคงที่อาจเป็นวิธีที่เหมาะสมกว่าในการแสดงให้เห็นถึงข้อดีที่การคำนวณ ด้วย qubits มีการประมวลผลมากกว่าด้วยบิตแบบคลาสสิก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อจำนวนและคุณภาพของ qubits ในคอมพิวเตอร์ควอนตัมเพิ่มขึ้น เอกสารฉบับใหม่นี้เป็นการเปรียบเทียบระหว่างแอปเปิลกับแอปเปิลระหว่างวิธีการคำนวณที่แตกต่างกันสองวิธี และการพิสูจน์อย่างเข้มงวดของควอนตัมบิต แม้แต่ควอนตัมบิตที่มีเสียงดัง มีประสิทธิภาพเหนือกว่าบิตคลาสสิกในการแข่งขันเดียวกัน
หรือในคำพูดของ Bravyi : “จากมุมมองของทฤษฎีความซับซ้อน ผลลัพธ์นี้ถือเป็นการแยกอย่างเข้มงวดครั้งแรกระหว่างพลังการคำนวณของวงจรควอนตัมความลึกคงที่ที่มีเสียงดังและวงจรคลาสสิกที่มีความลึกคงที่ที่ไม่มีเสียง”
นักวิจัยได้จัดการกับเกมเมจิกสแควร์ Mermin-Peres ซึ่งกล่าวถึงในปี 1990 โดยนักฟิสิกส์ Asher Peres และ N. David Mermin อลิซและบ็อบแสดงสี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาดสามคูณสาม ผู้ตัดสินขอให้อลิซกำหนด 0 และ 1 ให้กับสามช่องในคอลัมน์ใดคอลัมน์หนึ่งเพื่อให้มีจำนวน 1 เป็นคี่และขอให้บ๊อบทำเช่นเดียวกันสำหรับหนึ่งในแถวเพื่อให้มีจำนวน 1 เป็นคู่ ทั้งหมดโดยไม่ต้องสื่อสารกัน พวกเขาชนะหากพวกเขากำหนดค่าเดียวกันให้กับกล่องที่คอลัมน์และแถวตัดกัน และแพ้อย่างอื่น ไม่มีกลยุทธ์ที่อิงจากการคาดเดาจะทำให้ Alice และ Bob ชนะมากกว่าแปดในเก้าครั้ง เนื่องจากจำนวนรวมของ 1s ในตารางต้องเป็นเลขคู่หรือคี่ ดังนั้นหาก Alice และ Bob เติมตารางทั้งหมดโดยพิจารณาจาก ข้อจำกัดคู่และคี่ตามลำดับ หนึ่งตารางรับประกันว่าจะแตกต่างกันระหว่างการเติมทั้งสอง อย่างไรก็ตาม หากพวกเขาได้รับอนุญาตให้สร้างและแบ่งปัน qubits ที่พันกันก่อนที่จะกรอกข้อมูลลงในคอลัมน์หรือแถว และหากพวกเขาสามารถนำคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบพกพาไปด้วย (หรือบางทีโทรศัพท์มือถือของพวกเขาที่เข้าถึงคอมพิวเตอร์ควอนตัมบนคลาวด์) พวกเขาสามารถชนะเกมได้ทุกครั้ง แม้ว่าพวกเขาจะไม่ได้พูดคุยกัน
คุณสามารถแสดงโซลูชันควอนตัมให้กับเกมสแควร์เมจิกบนวงจรควอนตัมได้ดังนี้ใน (a) โปรดทราบว่าประตู U และ V ในที่นี้ไม่ได้หมายถึงประตู U ทั่วไปของ Qiskit แต่เกทที่ควบคุมแบบคลาสสิกซึ่งใช้สองบิต แทนด้วยตารางใน (b):
ในที่นี้ แกมมาแสดงถึงรูปแบบไบนารีของคอลัมน์ 1, 2 และ 3 (01, 10 และ 11) ในขณะที่อัลฟ่าและเบต้าแสดงถึงแถวหรือคอลัมน์ที่อลิซและบ็อบเลือกตามลำดับ การวัดวงจรนี้จะสร้างxบิตสองตัวสำหรับ Alice, x1 และ x2 และเธอตั้งค่าบิตที่สามเท่ากับ x1+x2+1 โมดูโล 2 Bob คำนวณสองyบิต y1 และ y2 และตั้งค่าบิตที่สามให้เท่ากับ y1+y2 โมดูโล 2 อลิซและบ๊อบใช้สามบิตนี้เพื่อเติมคอลัมน์/แถวของพวกเขา และ voila พวกเขาชนะแล้ว
สำหรับข้อพิสูจน์ที่ตีพิมพ์ในสัปดาห์นี้ใน Nature Physics ทีมงานได้สร้างปัญหาในรูปแบบทั่วไปมากขึ้นเพื่อทดสอบกับวงจรคลาสสิกที่มีความลึกคงที่ คุณสามารถนึกถึงการมีส่วนร่วมของผู้เล่นมากขึ้นในความสนุกสนาน โดยที่ผู้เล่นสองคนคืออลิซและบ็อบ และผู้เล่นที่เหลือได้รับมอบหมายให้ช่วยเหลือพวกเขาในการพัวพัน qubits ของพวกเขาในระยะยาว
เหตุใดคอมพิวเตอร์ควอนตัมจึงเอาชนะคอมพิวเตอร์คลาสสิกที่มีข้อจำกัด คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถคำนวณคำตอบของปัญหานี้ด้วยจำนวนขั้นตอนที่เท่ากัน โดยไม่คำนึงถึงขนาดของปัญหา แต่ตามการพิสูจน์ หากคุณต้องการวิธีแก้ปัญหาแบบคลาสสิกเชิงลึกคงที่เพื่อให้เหมาะสมกับกรณีปัญหา 9 ใน 10 กรณี ระยะเวลาที่ใช้ในการแก้ปัญหาจะเพิ่มขึ้นตามลอการิทึมตามขนาดของอินพุต เพื่อพิสูจน์ว่าสิ่งนี้ใช้ได้กับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีเสียงดัง นักวิจัยจำลองเกทที่มีเสียงดังโดยการรวมประตู Pauli แบบสุ่ม นั่นคือเกท X, Y และ Z ซึ่งจะกระทำด้วยความน่าจะเป็น P หลังจากเกทในอุดมคติแต่ละเกท หลักฐานทางคณิตศาสตร์แสดงให้เห็นว่าแม้แต่คอมพิวเตอร์ควอนตัมรวมถึงข้อผิดพลาดเหล่านี้ก็สามารถหาคำตอบของปัญหาสี่เหลี่ยมมหัศจรรย์ได้มากกว่า 99% ของเวลาหากรวมกลยุทธ์การแก้ไขข้อผิดพลาดเข้ากับโซลูชัน ทีมงานไม่ได้พยายามคำนวณคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีเสียงดังที่สุดที่จะชนะ ดังนั้น “เสียงดัง” อาจยังหมายถึงคอมพิวเตอร์ที่มีข้อผิดพลาดเกิดขึ้นเพียงหนึ่งในทุกๆ 10¹⁰ หรือแม้แต่หนึ่งในทุกๆ 10¹⁰⁰ ประตู Bravyi กล่าว แต่เขาคาดว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีเสียงดังที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้อาจพบข้อผิดพลาดในทุก ๆ 100 หรือ 1,000 ประตูหรือประมาณอัตราความผิดพลาดของอุปกรณ์ควอนตัมในปัจจุบัน ดังนั้น “เสียงดัง” อาจยังคงหมายถึงคอมพิวเตอร์ที่มีข้อผิดพลาดเกิดขึ้นเพียงหนึ่งในทุก ๆ 10¹⁰ หรือแม้แต่หนึ่งในทุก ๆ 10¹⁰⁰ ประตู Bravyi กล่าว แต่เขาคาดว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีเสียงดังที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้อาจพบข้อผิดพลาดในทุก ๆ 100 หรือ 1,000 ประตูหรือประมาณอัตราความผิดพลาดของอุปกรณ์ควอนตัมในปัจจุบัน ดังนั้น “เสียงดัง” อาจยังคงหมายถึงคอมพิวเตอร์ที่มีข้อผิดพลาดเกิดขึ้นเพียงหนึ่งในทุก ๆ 10¹⁰ หรือแม้แต่หนึ่งในทุก ๆ 10¹⁰⁰ ประตู Bravyi กล่าว แต่เขาคาดว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีเสียงดังที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้อาจพบข้อผิดพลาดในทุก ๆ 100 หรือ 1,000 ประตูหรือประมาณอัตราความผิดพลาดของอุปกรณ์ควอนตัมในปัจจุบัน

สล็อตออนไลน์

คอมพิวเตอร์ควอนตัมรุ่นต่อไปอาจสามารถเรียกใช้วงจรนี้ได้จริงโดยใช้กลยุทธ์การแก้ไขข้อผิดพลาดเหล่านี้ ซึ่งจะแนะนำ qubits ที่ซ้ำซ้อนเพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาด ประตูบางบานต้องใช้qubit ซ้ำซ้อนจำนวนมากสำหรับการแก้ไขข้อผิดพลาด แต่อัลกอริธึมนี้อาศัยเฉพาะประตู Clifford ซึ่งเป็นกลุ่มที่สร้างจากการรวมกันของประตู Pauli สี่ประตู (I, X, Y, Z) ประตู Pauli ที่ควบคุม และ Hadamard gate ซึ่งการแก้ไขข้อผิดพลาดสามารถทำได้โดยใช้ qubits ที่ซ้ำซ้อนน้อยลง หลักฐานใช้รหัสพื้นผิววิธีการแก้ไขข้อผิดพลาด (ซึ่งอาจสมควรได้รับบล็อกของตัวเองทั้งหมด) โดยที่ qubit แต่ละอันจะรวมกับ qubit อื่น ๆ สองสามตัวที่ป้องกันไม่ให้ค่าบิตของมันพลิกหรือเปลี่ยนเฟส กล่าวโดยย่อ คอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคตอันใกล้ที่มีกลยุทธ์การแก้ไขข้อผิดพลาดรหัสพื้นผิวที่ใช้อาจแก้ปัญหาจตุรัสเวทได้สำเร็จ 99% ของเวลาทั้งหมด
การเรียกใช้ปัญหาตารางเวทย์มนตร์ไม่ได้อยู่นอกขอบเขตของอุปกรณ์ IBM ที่มี Qiskit เช่นกัน นี่คือรหัสบางส่วนให้คุณลองใช้และแก้ไขด้วยตัวเอง:
เอกสารเหล่านี้ไม่ได้แสดงถึงคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทำลายคอมพิวเตอร์คลาสสิกอย่างสิ้นเชิง และไม่ได้แสดงถึงอัลกอริทึมที่มีการใช้งานที่ชัดเจน แต่ให้คิดว่าเป็นการสร้างฐานราก สถานที่แต่ละแห่งที่นักวิทยาศาสตร์ได้พิสูจน์ให้เห็นถึงความเร็วของคอมพิวเตอร์ควอนตัมอย่างแจ่มแจ้งเหนือองค์ประกอบบางอย่างของการคำนวณแบบคลาสสิกช่วยให้เราเข้าใจอุปกรณ์เหล่านี้ได้ดีขึ้น และสามารถทำหน้าที่เป็นป้ายบอกทางสำหรับแอปพลิเคชันควอนตัมในอนาคต
อัปเดต 3/19/2021: David Drexlin ได้ทำการแก้ไขและขยายโค้ดที่เขียนด้านบนเพื่อแสดงโซลูชันที่สมบูรณ์ในสี่ qubits โปรดทราบว่ารหัสด้านบนมีปัญหากับลำดับประตูที่ฉันได้แก้ไขตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา คุณสามารถดูเวอร์ชันของ David ได้ที่นี่ควบคู่ไปกับโครงการควอนตัมแสนสนุกอื่นๆ ที่โฮสต์โดย Jan-Rainer Lahmann ที่นี่

jumboslot

หน่วยความจำเปลี่ยนเฟส
อุปกรณ์ของเราใช้หน่วยความจำแบบเปลี่ยนเฟส (PCM) สำหรับการประมวลผลในหน่วยความจำ PCM บันทึกตุ้มน้ำหนัก synaptic ในสถานะทางกายภาพตามการไล่ระดับระหว่างอสัณฐานและผลึก ค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุเปลี่ยนไปตามสถานะทางกายภาพและสามารถปรับเปลี่ยนได้โดยใช้พัลส์ไฟฟ้า นี่คือวิธีที่ PCM สามารถคำนวณได้ เนื่องจากสถานะสามารถอยู่ที่ใดก็ได้ตามความต่อเนื่องระหว่าง 0 ถึง 1 จึงถือเป็นค่าแอนะล็อก ซึ่งต่างจากค่าดิจิทัล ซึ่งเป็น 0 หรือ 1 อย่างใดอย่างหนึ่ง ไม่มีอะไรอยู่ระหว่างนั้น
เราได้ปรับปรุงความแม่นยำและความเสถียรของตุ้มน้ำหนักที่จัดเก็บโดย PCM ด้วยแนวทางใหม่ที่เรียกว่า PCM ที่ฉาย (Proj-PCM) ซึ่งเราแทรกส่วนการฉายภาพที่ไม่เป็นฉนวนควบคู่ไปกับส่วนการเปลี่ยนเฟส ในระหว่างกระบวนการเขียน ส่วนการฉายภาพมีผลกระทบน้อยที่สุดต่อการทำงานของอุปกรณ์ อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการอ่าน ค่าการนำไฟฟ้าของสถานะที่ตั้งโปรแกรมไว้ส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยส่วนการฉายภาพ ซึ่งต้านทานการแปรผันของการนำไฟฟ้าได้อย่างน่าทึ่ง ซึ่งช่วยให้อุปกรณ์ Proj-PCM มีความแม่นยำสูงกว่าอุปกรณ์ PCM รุ่นก่อนมาก
ความแม่นยำที่ได้รับการปรับปรุงโดยทีมวิจัยของเราบ่งชี้ว่าการประมวลผลในหน่วยความจำอาจสามารถบรรลุการเรียนรู้เชิงลึกที่มีประสิทธิภาพสูงในสภาพแวดล้อมที่ใช้พลังงานต่ำ เช่น IoT และแอปพลิเคชันขอบ เช่นเดียวกับตัวเร่งความเร็วดิจิทัลของเรา ชิปแอนะล็อกของเราได้รับการออกแบบมาเพื่อปรับขนาดสำหรับการฝึกอบรม AI และการอนุมานในชุดข้อมูลภาพ คำพูด และข้อความ และขยายไปสู่ ​​AI แบบกว้างที่เกิดขึ้นใหม่ เราจะสาธิตชิป PCM ที่เผยแพร่ก่อนหน้านี้ที่ NeurIPS ตลอดทั้งสัปดาห์ เพื่อใช้ในการจำแนกตัวเลขที่เขียนด้วยลายมือแบบเรียลไทม์ผ่านระบบคลาวด์
โปรแกรมผู้สนับสนุน Qiskit คืออะไร?
โครงการสนับสนุน Qiskit เป็นโครงการระดับโลกเพื่อสนับสนุนสมาชิกที่กระตือรือร้นที่สุดของชุมชน Qiskit ในฐานะผู้สนับสนุน คุณจะเข้าร่วมกลุ่มคนที่กระตือรือร้นที่สุดในการคำนวณควอนตัม นับตั้งแต่เปิดตัวโปรแกรมเมื่อเดือนกันยายนปีที่แล้ว ผู้คนมากกว่า 100 คนซึ่งมีภูมิหลังหลากหลายจาก 20 ประเทศได้เข้าร่วม เราทำงานร่วมกันเพื่อขยายชุมชน Qiskit จากการจัดกิจกรรมไปจนถึงการสนับสนุนโอเพนซอร์สในโค้ดของ Qiskit
ทำไมคุณควรสมัคร?
มีเหตุผลหลายประการในการสมัครเข้าร่วมโปรแกรมนี้ ที่นี่ฉันเน้นบางส่วนของพวกเขา:

  1. การสร้างเครือข่ายกับผู้เชี่ยวชาญและผู้สนใจ
    ในฐานะผู้สนับสนุน คุณจะสามารถเข้าร่วมเซสชันสาธิตรายเดือนเพื่อแบ่งปันโครงการและแนวคิดกับผู้สนับสนุนคนอื่นๆ และทำงานร่วมกับพวกเขาในโครงการและกิจกรรมใหม่ เช่นเดียวกับผู้สนับสนุนFarai Mazhandu ที่แบ่งปันในโพสต์ของเขาโปรแกรม Qiskit Advocate นั้นเกี่ยวกับการทำงานร่วมกันและมิตรภาพใหม่!
    [NPC5]ตัวอย่างที่ดีของการทำงานร่วมกันมาจากผู้สนับสนุนของเราในอินเดีย พวกเขารวบรวมและระดมความคิดเกี่ยวกับ Qiskit Slack และร่วมกันสร้างIndiQซึ่งเป็นองค์กรชุมชนควอนตัมท้องถิ่นที่มีภารกิจในการทำให้อินเดียพร้อมควอนตัมโดยการจัดพบปะ เซสชันการศึกษา และแฮ็กกาธอน
    ในฐานะผู้สนับสนุนตัวเอง ฉันไปเที่ยวกับ Slack และ Twitter กับเพื่อนๆ บ่อยมาก และหลายคนกลายเป็นเพื่อนสนิทกันไปแล้ว เรามีกลุ่มเล่น Animal Crossing ด้วย! ฉันมีโอกาสได้พบกับพวกเขาสองสามคน ( Vicente Pina Canelles , Omar Costa HamidoและDesiree Vogt-Lee ) แบบตัวต่อตัว และเป็นเรื่องดีที่ได้พูดคุยเกี่ยวกับความกระตือรือร้นที่มีร่วมกันของเราต่อ Qiskit (และถุงเท้า)