Сколько операций может выполнять квантовый компьютер в секунду?

Я хочу знать, какая временная сложность считается эффективной / неэффективной для квантовых компьютеров. Для этого мне нужно знать, сколько операций может выполнять квантовый компьютер в секунду. Может кто-нибудь сказать мне, как рассчитать его и от каких факторов это зависит (детали реализации или количество кубитов и т. Д.)?

Дать оценку для общего квантового чипа невозможно, так как на данный момент нет стандартной реализации.

Тем не менее, можно оценить это число для конкретной квантовой микросхемы с помощью информации, представленной в Интернете. Я нашел информацию о чипах IBM Q, так что вот ответ для чипа IBM Q 5 Tenerife . В ссылке вы найдете информацию о чипе, но ничего о таймингах. Вам нужно получить доступ к журналу версий чипа (по ссылке, приведенной на странице чипов IBM Q 5 Tenerife ). В этом журнале версий перейдите в раздел «Спецификация шлюза», у вас будет следующая информация (более подробное объяснение ниже):

1. Время для "GD", которое составляет 60 нс в ссылке выше.
2. Несколько раз для «GF» (давайте возьмем 200 нс для вычислений ниже).
3. «Время буфера», равное 10 нс в приведенной выше ссылке.

Но что представляют собой «GD», «GF» или «буферное время»? Они являются базовыми физическими операциями, то есть операциями, которые будут выполняться на физическом кубите. Эти физические операции затем используются для реализации некоторых базовых квантовых вентилей. Вы можете найти разложение четырех базовых квантовых элементов бэкэндов IBM Q в терминах этих физических операций на странице чипов IBM Q 5 Tenerife . Я скопировал иллюстрацию ниже.

Наряду с «GD» и «GF», существует физическая операция «FC», которая не появляется в таймингах. Это происходит потому, что эта операция «FC» просто «меняет кадр следующих импульсов» (со ссылкой на Джея Гамбета из разговора о слабом QISKit), и поэтому операция «FC» имеет стоимость (время применения), равную 0.

«Время буфера» - это просто время паузы между каждым приложением физической операции.

Итак, наконец, мы можем вычислить время, необходимое для применения каждого базового элемента на этом конкретном бэкэнде:

1. U1 : 0 нс
2. U2 : 70 нс = 0 нс + 60 нс + 10 нс (буфер) + 0 нс
3. U3 : 140 нс = 0 нс + 60 нс + 10 нс (буфер) + 0 нс + 60 нс + 10 нс (буфер) + 0 нс
4. CX : 560 нс = 0 нс + 60 нс + 10 нс (буфер) + 200 нс + 10 нс (буфер) + 60 нс + 10 нс (буфер) + 200 нс + 10 нс (буфер)

Из этого времени вы можете определить количество операций в секунду, которое может выполнить серверная часть ibmqx4.

Принимая 200 нс на операцию как грубое приближение среднего времени выполнения операции, вы получите 5 000 000 операций в секунду.

Вы можете найти данные для других бэкэндов в GitHub-репозитории qiskit-backend-information .

Существует важное различие между физическими операциями и логическими операциями.

Физические операции, которые будут немного несовершенными, выполняются на кубитах, которые также несовершенны. Скорость, с которой они могут быть выполнены, зависит от того, какая физическая система используется для реализации кубитов. Например, сверхпроводящие кубиты могут выполнять два гейта (самые медленные) за раз порядка 100 нс (см . Ответ Нелиме ).

Комбинируя множество физических кубитов и выполняя процесс с большим количеством физических операций, мы можем создавать логические кубиты . Выполняя исправление ошибок, эти кубиты и операции над ними можно сделать сколь угодно точными. Это те операции, которые необходимы для реализации квантовых алгоритмов.

В настоящее время слишком много неизвестных, чтобы дать вам тактовую частоту логических операций. Тем более, что даже логические кубиты с доказательством принципа еще не созданы (по крайней мере, с кодами квантовой коррекции ошибок). Это зависит от того, насколько несовершенны физические кубиты и операции, и от того, сколько нам нужно сделать, чтобы все очистить. Это зависит от того, какой код исправления ошибок мы используем, что, в свою очередь, зависит от набора команд наших квантовых процессоров (т. Е. К каким парам кубитов может быть применен двухбитовый вентиль непосредственно к ним). И это зависит от того, сколько шума мы хотим иметь, потому что лучшая архитектура часто достигается за счет шума. Таким образом, существует много взаимозависимостей, и многое еще предстоит решить.