Algorytmy NISQ

• Autorzy: Romaniuk Ryszard

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2021.6.1

Warianty tytułu

EN

NISQ algorithms

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

NISQ (Noisy Intermediate Scale Quantum Technology) jest obecnie rozwijaną ze znacznymi sukcesami aplikacyjnymi technologią budowy kwantowych urządzeń/procesorów obliczeniowych. NISQ jest odmienny od uniwersalnego komputera kwantowego UQC. Urządzenie NISQ zawiera rdzeń kwantowy w postaci uporządkowanego zbioru kubitów fizycznych zorganizowanych w rejestry. Rdzeń jest izolowany elektromagnetycznie i termicznie od nadmiernego wpływu środowiska termodynamicznego. Rdzeń jest obsługiwany przez, dopasowany do technologii kubitów, system kontrolno-pomiarowy. System elektroniczny i fotoniczny bezpośrednio obsługuje kubity, biorąc pod uwagę ich delikatny kwantowy charakter i podatność na dekoherencję, oraz odpowiednio sprzęga rdzeń kwantowy ze światem zewnętrznym - w postaci klasycznego systemu komputerowego. Rdzeń kwantowy klasy NISQ realizuje tylko i wyłącznie specjalizowane dla niego klasy algorytmów. Oprócz najważniejszego wymogu realizowalności na poziomie kwantowym, algorytmy te powinny być także funkcjonalne i efektywne z punktu widzenia klasycznej techniki obliczeniowej. Efektywność tych algorytmów kwantowych jest mierzona relatywnie do analogicznych zadań rozwiązywanych klasycznie, generując takie wskaźniki jak advantage, supremacy i value. Kluczowym zagadnieniem rozwoju algorytmów NISQ jest pogodzenie kryteriów realizowalności, efektywności, i przydatności tej warstwy oprogramowania urządzenia NISQ, czasami uniwersalnej, czasami także dedykowanej dla konkretnej technologii kubitowej.

EN

NISQ (noisy intermediate scale quantum technology) is currently being developed with significant application successes in the construction of quantum devices and computing processors. NISQ is different from the universal quantum computer UQC. The NISQ device contains a quantum core in the form of an ordered collection of physical qubits organized into registers. The core is electromagnetically and thermally insulated from excessive influence of the thermodynamic environment. The core is supported by a control and measurement system adapted to the qubit technology. The electronic and photonic systems directly handle qubits, given their fragile quantum nature and susceptibility to decoherence, and properly couple the quantum core with the outside world - in the form of a classical computer system. The quantum core of the NISQ kind implements only classes of algorithms specialized for it. Apart from the most important requirement of realizability at the quantum level, these algorithms should also be functional and effective from the point of view of the classical computational technique. The efficiency of these quantum algorithms is measured relatively to analogous tasks solved classically, generating indicators such as advantage, supremacy and value. The key issue in the development of NISQ algorithms is to reconcile the criteria of realizability, efficiency, and usefulness of this layer of NISQ device software, sometimes universal, sometimes also dedicated to a specific qubit technology.

Słowa kluczowe

PL

obliczenia kwantowe; technologia NISQ; procesor kwantowy NISQ; kubit; oprogramowanie kwantowe; algorytmy NISQ

EN

quantum computing; NISQ technology; NISQ processor; qubit; quantum software; NISQ algorithms

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 62, nr 6
• Strony: 5--13
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz.

Twórcy

autor

Romaniuk Ryszard

• Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] J. Preskill, 2018, Quantum computing in the NISQ era and beyond, arXiv:1801.00862
• [2] A.D. Corcoles, et al., August 2020, Challenges and opportunities of near-term quantum computing systems, IEEE Proc., 108 (8), 1338-1352
• [3] QA Zoo, 2021, [quantumalgorithmzoo.org].
• [4] V. Havlicek, et al., 2018, Supervised learning with quantum enhanced feature spaces, arXiv:1804.11362
• [5] E. Tang, 2019, A quantum inspired classical algorithm for recommendation system, arXiv:1807.04271
• [6] D.J. Bernstein, et al., 2009, Post-quantum cryptography, Springer
• [7] Quantum Computing UK, 2021, [quantumcomputinguk.org/code-repository]
• [8] Qiskit, 2021, [github.com/Qiskit]
• [9] A. Kandala, et al., 2018, Extending the computational reach of a noisy supercomputing quantum processor, arXiv:1805.04492
• [10] C.K. Lee, et al., 2021, A neural-network variational quantum algorithm for many-body dynamics. arXiv:2008.13329
• [11] A. Smith, et al., 2019, Simulating quantum many-body dynamics on a current digital quantum computer, npj Quantum Information, 106
• [12] A.W. Hawrow, et al., 2009, Quantum algorithm for linear systems of equations, arXiv:0811.3171
• [13] I. Kerenidis, A. Prakash, 2017, Quantum recommendation system, DROPS, doi: 10.4230/LIPIcs.ITCS.2017.49
• [14] J.M. Arrazola, et al., 2020, Quantum-inspired algorithms in practice, arXiv:1905.10415
• [15] F.G. Brandao, et al., 2017, Exponential quantum speed-ups for semidefinite programming with applications to quantum learning, arXiv:1710.02581.
• [16] A. Peruzzo et al., (2013), A variational eigenvalue solver on a quantum computer, arXiv:1304.3061.
• [17] E. Farhi, J. Goldstone, 2014, A quantum approximate optimization algorithm, arXiv:1411.4028.
• [18] E. Zahedinajad, A. Zaribaflyan, 2017, Combinatorial optimization on gate model quantum computers: A survey, arXiv:1708.05294
• [19] G.G. Guerreshi, A.Y. Matsuura, 2018, QAOA for Max-Cut requires hundreds of qubits for quantum speed-up, Scientific Reports 9(1)
• [20] E.R. Anschuetz, et al., 2018, Variational quantum factoring, arXiv: 1808.0892
• [21] Quantum computing software [zapatacomputing.com]
• [22] A.M. Dalzell, A.W. Harrow, et al., 2020, How many qubits are needed for quantum supremacy? arXiv:1805.05225
• [23] K. Bharti, A. Cervera-Lierta, et al., 2021, Noisy intermediate scale quantum (NISQ) algorithms, arXiv:2101.08448
• [24] G. Brassard, P. Hoyer, 2000, Quantum amplitude amplification and estimation, arXiv:0005055
• [25] M. Brooks, 2019 October, Before the quantum revolution, Nature 574 (19-21)
• [26] European Quantum Flagship: qt.eu
• [27] Quantum Computing, 2021, quandco.com

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).