Quantas operações um computador quântico pode executar por segundo?

Quero saber que complexidade de tempo é considerada eficiente / ineficiente para computadores quânticos. Para isso, preciso saber quantas operações um computador quântico pode executar por segundo. Alguém pode me dizer como calculá-lo e de quais fatores depende (detalhes da implementação ou número de qubits etc.)?

Fazer uma estimativa para um chip quântico genérico é impossível, pois não há implementação padrão no momento.

No entanto, é possível estimar esse número para chips quânticos específicos, com as informações fornecidas on-line. Encontrei informações sobre os chips IBM Q, então aqui está a resposta para o chip IBM Q 5 Tenerife . No link, você encontrará informações sobre o chip, mas nada sobre horários. Você precisa acessar o log de versão do chip (por meio de um link fornecido na página IBM Q 5 Tenerife ). Neste log de versão, vá para a seção "Gate Specification", você terá as seguintes informações (mais explicações abaixo):

1. Um tempo para "GD", que é de 60ns no link acima.
2. Várias vezes para "GF" (vamos usar 200ns para os cálculos abaixo).
3. Um "tempo de buffer", que é 10ns no link acima.

Mas o que "GD", "GF" ou "tempo de buffer" representam? São operações físicas básicas , ou seja, as operações que serão executadas no qubit físico. Essas operações físicas são usadas para implementar algumas portas quânticas básicas. Você pode encontrar a decomposição dos quatro portões quânticos básicos dos backends do IBM Q em termos dessas operações físicas na página de chips IBM Q 5 Tenerife . Copiei a ilustração abaixo.

Juntamente com "GD" e "GF", há uma operação "FC" física que não aparece nas temporizações. Isso ocorre porque essa operação "FC" apenas "altera o quadro dos pulsos a seguir" (citando Jay Gambeta de uma conversa no QISKit Slack) e, portanto, a operação "FC" tem um custo (tempo de aplicação) de 0.

O "tempo de buffer" é apenas um tempo de pausa entre cada aplicativo de operação física.

Por fim, podemos calcular o tempo necessário para aplicar cada porta base neste back-end específico:

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

A partir desses tempos, é possível deduzir o número de operações por segundo que o back-end do ibmqx4 pode executar.

Tomando 200ns por operação como uma aproximação grosseira do tempo médio para uma operação, você termina com 5 000 000 operações por segundo.

Você pode encontrar os dados para outros back -end no repositório GitHub qiskit-backend-information .

Há uma diferença importante entre operações físicas e operações lógicas .

Operações físicas que serão levemente imperfeitas, executadas em qubits que também são imperfeitos. A taxa na qual elas podem ser executadas depende de qual sistema físico está sendo usado para realizar os qubits. Por exemplo, qubits supercondutores podem executar dois portões de qubit (os mais lentos) por vez na ordem de 100 ns (consulte a resposta de Nelimee ).

Combinando muitos qubits físicos e executando um processo com muitas operações físicas, podemos construir qubits lógicos . Fazendo a correção de erros, esses qubits e as operações realizadas sobre eles podem ser arbitrariamente precisos. Esses são os tipos de operações necessárias para implementar algoritmos quânticos.

Atualmente, existem muitas incógnitas para fornecer uma taxa de clock de operações lógicas. Especialmente porque ainda não foram construídos qubits lógicos de prova de princípio (não com códigos de correção de erros quânticos, pelo menos). Depende de quão imperfeitos são os qubits e as operações físicas, e quanto precisamos fazer para limpar tudo. Depende do tipo de código de correção de erros que usamos, que por sua vez depende do conjunto de instruções de nossos processadores quânticos (ou seja, quais pares de qubits podem ter uma porta de dois qubit aplicada diretamente neles). E isso depende da quantidade de ruído que estamos dispostos a ter, porque arquiteturas melhores geralmente têm o custo do ruído. Portanto, existem muitas interdependências e muito a ser resolvido.