NISQ

• Autorzy: Romaniuk Ryszard

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2021.5.5

Warianty tytułu

EN

NISQ

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Urządzenie / System kwantowy, działający na logicznych bramkach i układach kubitowych, powszechnie określany skrótem NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum Device/System/Computer) i równie powszechnie nazywany komputerem kwantowym, z oczywistych względów komputerem nie jest i na razie nim nie może być, o ile kiedykolwiek będzie. NISQ jest obecnie rodzajem specjalizowanego procesora kwantowego działającego na kubitach i wyposażonego w dodatkowy sprzęt sterujący, pomiarowy i diagnostyczny, mitygacji/korekcji błędów, oraz w odpowiedni stos oprogramowania umożliwiający współpracę z klasycznym systemem komputerowym. Służy potencjalnie do rozwiązywania wyłącznie wąskiej klasy zadań obliczeniowych, dla których udało się sformułować odpowiednie algorytmy na bramki kwantowe. Stos obliczeniowy NISQ zawiera wiele warstw analogicznych do rozwiązań klasycznych, ale niektóre z nich są specjalizowane w kierunku kwantowym. W stosie szczególną rolę pełnią warstwy specyficzne dla obsługi technologii kwantowych a w tym korekcja błędów kwantowych na poziomie oprogramowania (software), oraz modelowanie wirtualnych kubitów ze sprzętową korekcją błędów w oprogramowaniu najniższego poziomu firmware. NISQ jest technicznym kompromisem pomiędzy pełnym modelem idealnego komputera kwantowego, obecnie nie możliwego do realizacji, a współczesnymi możliwościami realizacyjnymi. Realizowane praktycznie, w różnej skali, w setkach laboratoriów urządzenia NISQ kumulują w sobie obecnie niemal wszystkie wątki postępu w obszarze komputingu, teleinformatyki i metrologii kwantowej.

EN

A quantum device / system, operating on logical gates and qubit circuits, commonly referred to as NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum Device/System/Computer) and also commonly referred to as a quantum computer, for obvious reasons it is not a computer and it now cannot be one, if ever will be. NISQ is currently a type of specialized quantum processor operating on qubits and equipped with additional control, measurement and diagnostic, error mitigation/correction equipment, and an appropriate software stack enabling cooperation with a classic computer system. Potentially, it is used to solve only a narrow class of computational tasks for which appropriate algorithms for quantum gates have been formulated. The NISQ computational stack contains many layers analogous to classical solutions, but some of them are specialized in the quantum direction. Layers specific to the handling of quantum technologies play a special role in the stack, including the correction of quantum errors at the software level, and modelling of virtual qubits with hardware error correction in the software of the lowest firmware level. NISQ is a technical compromise between a complete model of an ideal quantum computer, currently impossible to implement, and modern implementation possibilities. NISQ devices implemented in practice, on various scales, in hundreds of laboratories, currently accumulate almost all threads of progress in the field of computing, tele-informatics and quantum metrology.

Słowa kluczowe

PL

urządzenie kwantowe; systemy kwantowe; komputer kwantowy; kwantowy stos obliczeniowy; korekcja błędów kwantowych; kubity wirtualne; firmware kwantowe

EN

quantum device; quantum systems; quantum computer; quantum computation stack; quantum error correction; virtual qubits; quantum firmware

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 62, nr 5
• Strony: 22--28
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 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, doi:10.22321/q-2018-08-06-79
• [2] QCSE Community: quantumcomputing.stackexchange.com
• [3] IBM Quantum Experience: quantum-computing.ibm.com
• [4] Microsoft Quantum Network: azure.microsoft.com
• [5] NISQ Computing Newsletter: riacs.usra.edu/quantum/nisqc-nl
• [6] UBC, Quantum Matter Institute: qmi.ubc.ca/grand-challenges/quantum-computing
• [7] T. Hirzel, 2020/08/24, Building the quantum stack for the NISQ era, HPC Wire
• [8] What is NISQ computing: q-ctrl.com
• [9] K. Bharti. A. Cervera-Lierta, et al., 2021, NISQ algorithms, arX-iv:2101.08448
• [10] H. Ball, M. Biercuk, M. Hush, 2021, Quantum firmware and the quantum computing stack, Physics Today, 10.1063/PT.3.4698
• [11] Ch. Middleton, 2021, What’s under the hood of a quantum computer, Physics Today, 10.1063/PT.6.1.20210305a
• [12] N.C. Jones, 2013, Logic synthesis for fault-tolerant quantum computers, Ph. D, thesis, arXiv: 1310.7290[quant-ph] 2013; również: Phys. Rev. X, 2:031007, Jul 2012..
• [13] A.R. Carvalho, H. Ball, et al., 2020, Error-robust quantum logic optimization using a cloud quantum computer interface, arX- iv:2010.08057
• [14] T. Patel, B. Li, et.al., 2020, UREQUA: Leveraging operation-aware error rates for effective quantum circuit mapping on NISQ-era quantum computers USENIX ATC, 705.
• [15] M.P. Harrigan, K.J. Sung, et al., 2021, Quantum approximate optimization of non-planar graph problems on a planar superconducting processor, Nature Physics 17, 332-336.

Uwagi

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