Wie könnte ein Quantennetzwerk aufgebaut werden, um 10.000 Clients gleichzeitig zu verwalten?

Das C10k-Problem ist ein klassisches Computerproblem, dessen Name (C10k) ein Numeronym für die gleichzeitige Behandlung von zehntausend Verbindungen ist.

Wie könnte ein Quantennetzwerk aufgebaut werden, um 10.000 Clients gleichzeitig zu verwalten?

— meowzz
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Abgesehen davon, dass es sich um ein Problem handelt, das derzeit untersucht wird (was eine sehr gute und interessante Frage ist), wird dies sehr stark von der Art der verwendeten Hardware / Implementierung abhängen (zumindest gehe ich davon aus, dass Sie fragen darüber, wie dies auf Hardwareebene funktionieren könnte) - 10k supraleitende Qubits würden anders ausgeführt als 10k Ionenfallen-Qubits. Haben Sie also für diese Frage eine spezielle Implementierung eines Quantencomputers im Sinn?

— Mithrandir24601

Ich bin am meisten daran interessiert, ein virtualisiertes System zu realisieren. Meine aktuelle Forschung konzentriert sich auf die Realisierbarkeit verteilter Quantencomputerarchitekturen im Maßstab. Außerdem wurde NGINX entwickelt, um C10k zu lösen. Ich denke an eine Quantenversion (dh einen Quantenwebserver). Ich werde meine Frage aktualisieren, sobald ich sie prägnanter formulieren kann.

— Meowzz

Die Verbindung kann tatsächlich oberflächlich sein. Ich nehme an, obwohl es viele Möglichkeiten gibt, das C10k-Problem anzuwenden (der Hauptfokus der Antworten scheint bisher auf Hardware zu liegen; was angesichts der Darstellung der Frage verständlich ist), ist mir jetzt klar, dass mein Hauptinteresse die Anwendung ist zu Quantennetzwerken. Wird die Frage bald aktualisieren.

— Meowzz

@meowzz: Vielleicht kannst du eine neue Frage stellen, wenn du sie so ändern willst, dass ich meine Antwort neu schreiben muss. Ich habe meine Antwort auf der Grundlage dieser Frage geschrieben und dies vor einigen Kommentaren hier getan. Sie wurde erst viel später online angezeigt, da ich gerade zu einer Konferenz reise und eine fleckige Wi-Fi-Verbindung hatte .

— user1271772

Ich habe Ihren Fragentitel wieder in Ihre Frage geändert. Das große Problem ist, dass der Titel einer Frage den Benutzern mitteilen sollte, was gefragt wird. Die Frage einfach zu stellen, ist eine großartige Möglichkeit, dies zu tun. Im Gegensatz dazu wissen die meisten Leute nicht, worauf sich " Das Q10K-Problem " bezieht, ohne diese Frage zuvor gelesen zu haben.

— Nat

Antworten:

In den Kommentaren zu meiner Antwort hat das OP geschrieben:

Im Universal Gate-Fall haben Sie angegeben, dass die größten Systeme <100 sind. Wie könnte es 10k erreichen?

Nun, ich habe gute Nachrichten für dich. Vor vier Tagen gab D-Wave auf der AQC-Konferenz bekannt, dass sie jetzt YY-Kopplungen durchführen können:

Hier sehen Sie die supraleitende Schaltung, die Ihnen gleichzeitig eine ZZ- und YY-Kopplung ermöglicht:

Ich kann Ihnen nicht mehr von ihrer "Vorschau" -Präsentation zeigen, aber ich erwarte, dass sie sehr bald etwas veröffentlichen.

Warum ist die YY-Kopplung signifikant? Dies liegt daran, dass Jacob Biamonte und Peter Love von D-Wave 2007 bewiesen haben, dass XX + ZZ für die universelle Quantenberechnung ausreicht. XX und YY entsprechen einer Rotation, so dass sie stattdessen leicht hätten sagen können, dass YY + ZZ universell ist.

Nachdem D-Wave einen universellen Satz von Kopplern entwickelt hat, sollte es möglich sein, einen universellen Quantencomputer mit 10.000 Qubit zu haben, wenn dieser sich auf 1250 Zelleneinheiten erstreckt (da 8 x 1250 = 10.000, siehe meine erste Antwort).

Es tut mir leid, dass es noch keine Literaturhinweise dafür gibt, aber das Bild erzählt die ganze Geschichte, und ich befürchte, dass dies die "Quelle" für die Informationen ist, bis D-Wave etwas veröffentlicht. So können Sie diese Antwort zitieren.

— user1271772
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Das Aktivieren von Netzwerk-Sockets zur gleichzeitigen Verarbeitung von 10.000 Clients mit mehr als 1 Gigabit pro Sekunde Ethernet (das C10k-Problem) unterscheidet sich von der Herstellung eines Quantencomputers, der 10.000 Qubits gleichzeitig verarbeiten kann. Denken Sie daran, dass 10 KBit nur 1,25 KB sind, was nicht einmal ausreicht, um ein typisches Betriebssystem zu speichern.

Wenn Sie jedes Qubit in einer Verallgemeinerung des C10k-Problems als "Client" betrachten möchten, hängt die Antwort auf Ihre Frage davon ab, ob Sie ein universelles Gate-Set benötigen, um zwischen jeder der 10.000 Qubit-Verbindungen anwendbar zu sein. In diesem Fall sind die größten Quantencomputer mit einem universellen Gate-Set die 50-Qubit-Maschine von IBM und die 72-Qubit-Maschine von Google (die angekündigt, aber noch nicht öffentlich gezeigt wurde).

Sie erwähnen D-Wave, das nicht universelle Quantenglühgeräte herstellt. Wenn jedes Qubit als "Client" betrachtet wird, verfügt der D-Wave 2000Q zwar über 2048 Qubits, aber nicht alle können mit einem anderen Qubit verbunden werden. Dies ist das Konnektivitätsdiagramm für eine typische D-Wave-Maschine. Beachten Sie, dass jedes Qubit nur mit höchstens 6 anderen Qubits verbunden werden kann. Um 10.000 Qubits in dieser Anordnung zu erhalten, müssen Sie nur mehr dieser "Einheitszellen" mit jeweils 8 Qubits erstellen. Was hier abgebildet ist, ist die D-Wave One mit 16 Zelleneinheiten mit jeweils 8 Qubits (8 x 16 = 128 Qubits insgesamt). Die D-Wave Two hatte 64 Zelleneinheiten mit jeweils 8 Qubits (8 x 64 = 512 Qubits). Die D-Wave 2X hatte 132 Einheitszellen (8 x 144 = 1152 Gesamt-Qubits) und die D-Wave 2000Q hat 256 Einheitszellen (8 x 256 = 2048 Gesamt-Qubits).

Für 10.000 Qubits benötigen Sie nur 1250 Zelleneinheiten (8 x 1250 = 10.000). Nach diesem Punkt sagt D-Wave, dass eine Neugestaltung erforderlich sein müsste, möglicherweise in der Größe der Einheitszellen oder beim Übergang von 2D zu 3D oder in der Physik selbst.

— user1271772
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Ich habe 1000 bis 10.000 bearbeitet. Es war ein Tippfehler, da ich das auf einem öffentlichen Computer mit niedrigen Spezifikationen schrieb, während ich auf einen Flughafentransfer wartete. Um die IBM-Maschine von 50 Qubits auf 10.000 Qubits zu erweitern, müssten Hindernisse überwunden werden, die niemandem außer den IBM-Ingenieuren klar werden, die Ihnen wahrscheinlich nichts sagen werden (genau wie Intel ihre Ideen zur Überschreitung von Hindernissen nicht veröffentlicht Hindernisse bei der Herstellung klassischer Chips). Gleiches gilt für die Erweiterung des Google-Quantencomputers von 72 Qubits auf 10.000. Die beste Antwort, die Sie wahrscheinlich erhalten, ist, wie Sie D-Wave auf 10.000 erweitern können.

— user1271772

Ich freue mich über Ihre Aufschlüsselung der D-Wave-Technologien (insbesondere des Konnektivitätsdiagramms). "Nach diesem Punkt sagt D-Wave, dass ein neues Design erforderlich sein müsste, vielleicht in der Größe der Einheitszellen oder beim Übergang von 2D zu 3D oder in der Physik selbst." Woraus das Redesign bestehen würde, interessiert mich. Ich habe über eine 100x100-Matrix (10,00 Zellen) nachgedacht, die dann in 3D verschoben werden könnte (100x100x100 = 1.000.000 Zellen).

— Meowzz

Abgesehen davon, dass die aktuelle D-Wave-Architektur Einheitszellen mit jeweils 8 Qubits aufweist. Siehe das Bild, das ich in meiner Antwort verlinkt habe. Es ist also sinnvoller, über 1250 Einheitszellen mit jeweils 8 Qubits zu sprechen, um 10.000 zu erhalten. Die 1250-Einheitszellen können in einem 25x50-2D-Rechteck oder in zwei Schichten (in 3D, also übereinander) angeordnet sein, wobei jede Schicht ein 25x25-Gitter oder eine andere mögliche Kombination ist, die zu 1250 Einheitszellen von 8 führt Qubits jeweils.

— user1271772

@meowzz: Die einzige Architektur, für die es Kenntnisse darüber gibt, wie man auf 10.000 skaliert, ist die D-Wave-Architektur, und ich habe genau erklärt, wie das passieren würde. Wenn Sie wissen möchten, was für eine Neugestaltung erforderlich ist, wissen dies leider nur D-Wave, und Sie bitten sie, Informationen preiszugeben, die ihre Konkurrenten nicht wissen sollen.

— user1271772

Gleiches gilt für die universellen Quantencomputer. IBM, Google und D-Wave sind kommerzielle Quantenunternehmen, keine Universitäten. Ich glaube nicht, dass Sie erwarten können, dass Benutzer Dinge erklären, die diese Unternehmen als "Geschäftsgeheimnisse" behandeln. Ich habe bereits 3 Beispiele meiner eigenen Gedanken darüber gegeben, wie ein Weg zur Bewältigung der Herausforderungen aussehen wird. Aber das ist, um über 10.000 hinauszugehen, nicht nur, um auf 10.000 zu gehen!

— user1271772