Wie viele Operationen kann ein Quantencomputer pro Sekunde ausführen?

Ich möchte wissen, welche Zeitkomplexität für Quantencomputer als effizient / ineffizient angesehen wird. Dazu muss ich wissen, wie viele Operationen ein Quantencomputer pro Sekunde ausführen kann. Kann mir jemand sagen, wie man es berechnet und von welchen Faktoren es abhängt (Implementierungsdetails oder Anzahl der Qubits usw.)?

Eine Schätzung für einen generischen Quantenchip ist nicht möglich, da es derzeit keine Standardimplementierung gibt.

Trotzdem ist es möglich, diese Zahl für einen bestimmten Quantenchip mit den online bereitgestellten Informationen zu schätzen. Ich habe Informationen zu den IBM Q-Chips gefunden. Hier ist die Antwort für den IBM Q 5 Tenerife-Chip . Im Link finden Sie Informationen zum Chip, aber nichts über Timings. Sie müssen auf das Versionsprotokoll des Chips zugreifen (über einen Link auf der Seite IBM Q 5 Tenerife Chips ). Gehen Sie in diesem Versionsprotokoll zu einem Abschnitt "Gate-Spezifikation". Dort finden Sie die folgenden Informationen (weitere Erläuterungen unten):

1. Eine Zeit für "GD", die im obigen Link 60 ns beträgt.
2. Mehrmals für "GF" (nehmen wir 200 ns für die folgenden Berechnungen).
3. Eine "Pufferzeit", die im obigen Link 10 ns beträgt.

Aber was bedeuten "GD", "GF" oder "Pufferzeit"? Sie sind physikalische Basisoperationen, dh die Operationen, die am physischen Qubit ausgeführt werden. Diese physikalische Operation wird dann verwendet, um einige Basisquantengatter zu implementieren. Die Zerlegung der 4 Basisquantengatter der IBM Q-Backends in Bezug auf diese physischen Operationen finden Sie auf der Seite IBM Q 5 Tenerife-Chips . Ich habe die Abbildung unten kopiert.

Zusammen mit "GD" und "GF" gibt es eine physische "FC" -Operation, die in den Timings nicht angezeigt wird. Dies liegt daran, dass diese "FC" -Operation nur "den Rahmen der folgenden Impulse ändert" (unter Berufung auf Jay Gambeta aus einem Gespräch über den QISKit Slack), und daher hat die "FC" -Operation Kosten (Anwendungszeit) von 0.

Die "Pufferzeit" ist nur eine Pausenzeit zwischen jeder physischen Betriebsanwendung.

Schließlich können wir die Zeit berechnen, die benötigt wird, um jedes Basis-Gate auf dieses spezielle Backend anzuwenden:

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

Aus diesen Zeitpunkten können Sie die Anzahl der Vorgänge pro Sekunde ableiten, die das ibmqx4-Backend ausführen kann.

Wenn Sie 200 ns pro Operation als grobe Annäherung an den mittleren Zeitpunkt für eine Operation nehmen, erhalten Sie 5 000 000 Operationen pro Sekunde.

Sie finden die Daten für andere Backends im GitHub-Repository für qiskit-backend-informationen .

Es gibt einen wichtigen Unterschied zwischen physischen und logischen Operationen.

Physische Operationen, die leicht unvollkommen sind, werden an Qubits ausgeführt, die ebenfalls unvollkommen sind. Die Geschwindigkeit, mit der diese ausgeführt werden können, hängt davon ab, welches physikalische System zur Realisierung der Qubits verwendet wird. Beispielsweise können supraleitende Qubits zwei Qubit-Gates (die langsamsten) in einer Zeit in der Größenordnung von 100 ns ausführen (siehe Nelimees Antwort ).

Indem wir viele physische Qubits kombinieren und einen Prozess mit vielen physischen Operationen ausführen, können wir logische Qubits erstellen . Durch die Fehlerkorrektur können diese Qubits und die daran durchgeführten Operationen beliebig genau gemacht werden. Dies sind die Operationen, die zur Implementierung von Quantenalgorithmen erforderlich sind.

Derzeit gibt es zu viele Unbekannte, um eine Taktrate für logische Operationen anzugeben. Zumal noch keine logischen Qubits zum Nachweis des Prinzips erstellt wurden (zumindest nicht mit Quantenfehlerkorrekturcodes). Es hängt davon ab, wie unvollkommen die physischen Qubits und Operationen sind und wie viel wir tun müssen, um alles aufzuräumen. Dies hängt davon ab, welche Art von Fehlerkorrekturcode wir verwenden, was wiederum vom Befehlssatz unserer Quantenprozessoren abhängt (dh von welchen Qubit-Paaren kann ein Zwei-Qubit-Gate direkt angewendet werden). Und das hängt davon ab, wie viel Lärm wir bereit sind, denn bessere Architekturen gehen oft zu Lasten des Lärms. Es gibt also viele Abhängigkeiten und viele, die gelöst werden müssen.