Руски физичари развили су 34-кубитни квантни компјутерски емулатор високих перформанси. Програм репродукује квантни рачунар и може да стане на мали сервер. Емулатор се може користити за тестирање и креирање квантних алгоритама.

Квантни уређаји се креирају у појединачним копијама и решавају специфичне проблеме и не могу се користити за развој и отклањање грешака у квантним алгоритмима. За такве задатке креирају се квантни емулатори. Међутим, овде научници имају избор између универзалности и капацитета меморије. На пример, квантни емулатори засновани на тензорским мрежама могу да симулирају више од стотину кубита, али приближно репродукују квантни систем и стога решавају само уску класу проблема. Емулатори засновани на векторима стања чувају сва стања система, баш као у квантном рачунару, али због тога додељена РАМ меморија расте експоненцијално како се кубити повећавају.

И тако су научници Руског квантног центра створили квантни емулатор заснован на векторима стања, који садржи до 34 кубита. Поред високих перформанси, има лаку подршку за код и могућност додавања нових алгоритама. Да би направили емулатор, аутори су написали програм од нуле без коришћења библиотека линеарне алгебре. На пример, калкулатор вектора стања чува сва квантна стања система у РАМ меморији, а за систем са н кубита, то је низ комплексних бројева величине 2н. Може се представити као 2×2×2 к ... к 2×2 матрица (укупно н фактора). Квантна стања физичког система су промењена коришћењем квантних капија које врше логичке операције над кубитима (на пример, негација мења стање кубита са 1 на 0 и обрнуто). У математици, ово се може представити као множење велике матрице стања са малом матрицом трансформације (капија). Библиотеке линеарне алгебре које се користе за креирање емулатора су оптимизоване за множење великих матрица великим матрицама и стога су неефикасне у овом случају. И у овој фази, истраживачи су узели у обзир посебност система и написали код без ових библиотека. Аутори нису направили копију матрице стања када су је множили са матрицом капије, већ су је променили. Ово је сачувало РАМ, који, као што је већ поменуто, расте експоненцијално са повећањем броја кубита.

За креирање емулатора коришћен је програмски језик Руст, који омогућава постизање истих високих перформанси као при коришћењу Ц / Ц ++. Међутим, према програмерима емулатора, лакше је додати нову функционалност калкулатору и одржавати исправан рад.

Поред тога, физичари су креирали два модула: модул за језичку подршку за ОпенКАСМ 2.0 квантна кола и Питхон програмски модул. Физичари су тестирали 10 квантних алгоритама кроз емулатор, међу којима је био и квантни

Фуријеова трансформација, квантна неуронска мрежа, Изингов модел и тако даље. Ови прорачуни су вођени на једном Интел и9-10920Кс процесору и са 256 гигабајта РАМ-а за различит број кубита (до 34). Тестови су показали да алгоритми раде исправно и да су решили одговарајуће квантне проблеме.

У блиској будућности, научници ће додати рачунарски модул на графичке процесорске јединице (ГПУ) како би убрзали емулатор и аутоматску диференцијацију за развој варијационих алгоритама.

bbabo.Net