Bagaimana jaringan kuantum dapat dibangun untuk menangani 10.000 klien secara bersamaan?

The C10k Masalah adalah masalah komputasi klasik yang namanya (C10k) adalah numeronym untuk secara bersamaan menangani sepuluh ribu sambungan.

Bagaimana jaringan kuantum dapat dibangun untuk menangani 10.000 klien secara bersamaan?

algorithm architecture many-body-systems quantum-networks communication meowzz
sumber

Selain masalah yang saat ini sedang diteliti (yang merupakan hal yang sangat baik dan menarik untuk ditanyakan), ini akan sangat tergantung pada jenis perangkat keras / implementasi yang digunakan (setidaknya, saya berasumsi bahwa Anda bertanya tentang bagaimana ini bisa bekerja pada tingkat perangkat keras) - qubit superkonduktor 10k akan dilakukan dengan cara yang berbeda dengan qubit perangkap ion 10k, jadi apakah Anda memiliki implementasi spesifik komputer kuantum dalam pikiran untuk pertanyaan ini?

Mithrandir24601

Saya paling tertarik dalam mewujudkan sistem virtual. Penelitian saya saat ini difokuskan pada kelayakan arsitektur komputer kuantum terdistribusi pada skala. Juga, NGINX dirancang untuk menyelesaikan C10k. Saya berpikir tentang versi kuantum (yaitu server web kuantum). Saya akan memperbarui pertanyaan saya setelah saya dapat memformulasikannya dengan lebih ringkas.

meowzz

Koneksi memang mungkin dangkal. Saya kira sementara ada banyak cara masalah C10k dapat diterapkan (fokus utama tanggapan sejauh ini tampaknya pada perangkat keras; yang dapat dimengerti mengingat bagaimana saya mempresentasikan pertanyaan), jelas saya sekarang bahwa minat utama saya adalah aplikasi itu ke jaringan kuantum. Akan segera memperbarui pertanyaan.

meowzz

@meowzz: Mungkin Anda dapat mengajukan pertanyaan baru jika Anda ingin mengubahnya dengan cara yang membuat saya harus menulis ulang jawaban saya. Saya menulis jawaban saya berdasarkan pertanyaan ini, dan saya melakukan itu sebelum beberapa komentar di sini, hanya saja tidak muncul online sampai kemudian karena saya bepergian saat ini ke sebuah konferensi dan telah memiliki koneksi Wi-Fi jerawatan .

user1271772

Saya mengubah judul pertanyaan Anda kembali ke pertanyaan Anda. Masalah besar adalah bahwa judul pertanyaan harus memberi tahu pengguna apa yang ditanyakan; hanya dengan menyatakan pertanyaan adalah cara yang bagus untuk melakukan itu. Sebaliknya, kebanyakan orang tidak akan tahu apa yang dimaksud dengan " Masalah Q10K " tanpa terlebih dahulu membaca pertanyaan ini.

Nat

Jawaban:

Dalam komentar atas jawaban saya OP telah menulis:

Dalam kasus gerbang universal Anda menyatakan sistem terbesar adalah <100. Bagaimana bisa mencapai 10rb?

Yah saya punya kabar baik untuk Anda. Empat hari lalu D-Wave mengumumkan pada konferensi AQC bahwa mereka sekarang dapat melakukan YY coupling:

Di sini Anda dapat melihat sirkuit superkonduktor yang memberi Anda ZZ dan YY pada saat yang bersamaan:

Saya tidak dapat menunjukkan lebih banyak pada presentasi "pratinjau" mereka, tetapi mengharapkan mereka untuk segera mempublikasikan sesuatu.

Mengapa YY kopling penting? Itu karena pada tahun 2007, Jacob Biamonte dan Peter Love dari D-Wave membuktikan bahwa XX + ZZ cukup untuk perhitungan kuantum universal. XX dan YY setara hingga rotasi, sehingga mereka dapat dengan mudah mengatakan bahwa YY + ZZ bersifat universal.

Sekarang D-Wave telah merekayasa satu set universal coupler, seharusnya dimungkinkan untuk memiliki komputer kuantum universal 10.000 qubit ketika mereka berkembang menjadi 1.250 unit sel (sejak 8 x 1250 = 10.000, lihat jawaban pertama saya).

Saya minta maaf karena belum ada referensi literatur untuk ini, tetapi gambar tersebut menceritakan keseluruhan cerita, dan saya khawatir bahwa sampai D-Wave menerbitkan sesuatu, ini adalah "sumber" untuk informasi tersebut. Ini adalah bagaimana Anda dapat mengutip jawaban ini.

pengguna1271772
sumber

Mengaktifkan soket jaringan untuk menangani 10k klien secara bersamaan dengan lebih dari 1 gigabit per detik Ethernet (masalah C10k), berbeda dengan membuat komputer kuantum yang dapat menangani 10k qubit secara bersamaan. Ingat 10k bit hanya 1,25kB yang bahkan tidak cukup untuk menyimpan sistem operasi biasa.

Jika Anda ingin mempertimbangkan setiap qubit sebagai "klien" dalam beberapa generalisasi masalah C10k, maka jawaban untuk pertanyaan Anda tergantung pada apakah Anda memerlukan gerbang universal yang ditetapkan atau tidak untuk diterapkan antara masing-masing dari 10.000 koneksi qubit. Jika demikian, komputer kuantum terbesar dengan set gerbang universal adalah mesin 50-qubit oleh IBM dan mesin 72-qubit oleh Google (yang telah diumumkan tetapi belum ditunjukkan kepada publik).

Anda menyebut D-Wave, yang membuat annealer kuantum non-universal. Jika setiap qubit dianggap sebagai "klien", memang benar bahwa D-Wave 2000Q memiliki 2048 qubit, tetapi tidak semua dari mereka dapat terhubung ke qubit lain. Ini adalah grafik konektivitas untuk mesin D-Wave yang khas. Perhatikan bahwa setiap qubit hanya dapat dihubungkan ke paling banyak 6 qubit lainnya. Untuk mendapatkan 10.000 qubit dalam pengaturan ini, Anda hanya perlu membuat lebih banyak "sel unit" ini masing-masing 8 qubit. Apa yang digambarkan di sini adalah D-Wave One yang memiliki 16 unit sel masing-masing 8 qubit (8 x 16 = 128 total qubit). D-Wave Two memiliki 64 unit sel masing-masing 8 qubit (8 x 64 = 512 qubit). D-Wave 2X memiliki 132 unit sel (8 x 144 = 1152 total qubit), dan D-Wave 2000Q memiliki 256 unit sel (8 x 256 = 2048 total qubit).

Untuk 10.000 qubit, Anda hanya perlu 1.250 unit sel (8 x 1250 = 10.000). Setelah itu D-Wave mengatakan bahwa desain ulang perlu dilakukan, mungkin dalam ukuran sel-sel satuan, atau dari 2D ke 3D, atau dalam fisika itu sendiri.

pengguna1271772
sumber

Saya telah mengedit 1000 hingga 10.000. Itu salah ketik karena saya menulisnya di komputer umum dengan spesifikasi rendah sambil menunggu antar-jemput bandara. Untuk memperluas mesin IBM dari 50 qubit menjadi 10.000 qubit akan melibatkan melampaui rintangan yang tidak akan jelas bagi siapa pun kecuali insinyur IBM yang tidak akan memberi tahu Anda apa-apa (seperti Intel tidak mempublikasikan ide-ide mereka untuk cara melampaui apa pun kendala dalam membuat chip klasik). Hal yang sama berlaku untuk memperluas komputer kuantum Google dari 72 qubit ke 10.000. Jawaban terbaik yang mungkin akan Anda dapatkan adalah bagaimana memperluas D-Wave ke 10.000.

user1271772

Saya menghargai kegagalan teknologi D-Wave Anda (terutama grafik konektivitas). "Setelah titik itu, D-Wave mengatakan bahwa desain ulang perlu dilakukan, mungkin dalam ukuran sel satuan, atau dari 2D ke 3D, atau dalam fisika itu sendiri." Apa yang akan terdiri dari desain ulang menarik bagi saya. Saya telah mempertimbangkan matriks 100x100 (10,00 sel) yang kemudian dapat dipindahkan ke 3d (100x100x100 = 1.000.000 sel).

meowzz

Kecuali bahwa arsitektur D-Wave saat ini memiliki sel unit masing-masing 8-qubit. Lihat gambar yang saya tautkan dalam jawaban saya. Jadi lebih masuk akal untuk berbicara tentang memiliki 1.250 unit sel masing-masing 8 qubit, untuk mendapatkan 10.000. Sel-sel satuan 1250 dapat disusun dalam persegi panjang 2D 25x50, atau mungkin 2 lapisan (dalam 3D, jadi satu di atas yang lain) dengan setiap lapisan menjadi kisi 25x25, atau kombinasi lain yang mungkin yang mengarah ke sel-sel unit 1250 dari 8 qubit masing-masing.

user1271772

@meowzz: Satu-satunya arsitektur yang ada pengetahuan tentang bagaimana meningkatkan hingga 10.000 adalah arsitektur D-Wave dan saya menjelaskan dengan tepat bagaimana itu akan terjadi. Jika Anda ingin mengetahui secara spesifik apa yang diperlukan untuk mendesain ulang, sayangnya itu adalah sesuatu yang hanya D-Wave akan ketahui dan Anda meminta mereka untuk mengungkapkan informasi bahwa mereka tidak ingin pesaing mereka tahu.

user1271772

Hal yang sama berlaku untuk komputer kuantum universal. IBM, Google, dan D-Wave adalah perusahaan kuantum komersial, bukan universitas. Saya tidak berpikir Anda dapat mengharapkan pengguna untuk menjelaskan hal-hal yang diperlakukan oleh perusahaan-perusahaan ini sebagai "rahasia dagang". Saya telah memberikan 3 contoh pemikiran saya sendiri tentang apa rute untuk mengatasi tantangan nantinya. Tapi itu untuk melampaui 10.000, bukan hanya mencapai 10.000!

user1271772