Verteiltes Quantencomputing mit klassischer Kommunikation
Ich interessiere mich für das Gebiet des verteilten Quantencomputing, dh die Verwendung mehrerer kleinerer Quantengeräte / -schaltungen zur Zusammenarbeit, um eine Aufgabe ausführen zu können, die ein größeres Gerät erfordern würde (wobei sich groß / klein auf die Gesamtzahl der Qubits des Geräts bezieht). ).
Ich suche nach einfachen, abstrakten Problemen, die gelöst werden könnten, wenn ein solches Paradigma verwendet wird. Um noch genauer zu sein, frage ich mich, ob das Teilen verschränkter Zustände zwischen solchen Geräten bei dieser Art von Problemen ein Muss ist, oder ob es Aufgaben gibt, die so aufgeteilt werden könnten, dass jedes Gerät unabhängig von den anderen Quantenberechnungen durchführt, und sie alle nutzen die klassische Kommunikation, um Teilergebnisse zu teilen etc.
Kennt jemand Artikel zu dem Thema? Vielen Dank!
Antworten
Eine der möglichen Methoden für verteiltes Quantencomputing ist die Remote-Quantenverschränkung. Es gibt einen Vorschlag von Mihir Pant und anderen, Protokolle für Quanten-Repeater-Knoten zu entwickeln, die es einem Benutzerpaar ermöglichen, große Gewinne bei den Verschränkungsraten in einer linearen Kette von Quanten-Repeatern zu erzielen, indem sie die Vielfalt mehrerer Pfade im Netzwerk ausnutzen . Sie versuchen, Quanten-Repeater-Protokolle zu entwickeln, die es mehreren Benutzerpaaren ermöglichen, gleichzeitig Verschränkung mit Raten zu erzeugen, die weit über das hinausgehen können, was mit Repeatern möglich ist, die sich Zeit teilen, indem sie einzelne Verschränkungsflüsse unterstützen. Weitere Einzelheiten zu diesem Ansatz finden Sie im folgenden von Nature veröffentlichten Forschungsartikel .
Es gibt ein in arxiv veröffentlichtes Papier über die Verwendung von Quantum Interconnects für Distributed Quantum Computing und Quantum Internet. Es handelt sich vielmehr um eine Zusammenstellung notwendiger verteilter Quantencomputing-Module zur Realisierung eines Quanteninternets. Quantum Interconnects (QuICs) sind Geräte oder Prozesse, die die Übertragung von Quantenzuständen zwischen zwei bestimmten physikalischen Freiheitsgraden (materiell, elektromagnetisch usw.) ermöglichen oder allgemeiner ein Quantensystem mit einem klassischen verbinden. Es wird schön sein, wenn Sie dieses Papier erkunden können, um die Details der QuICs-Komponenten zu sehen.
Es gibt eine weitere neuere Arbeit zur Verwendung verteilter Quantenphasenschätzungsalgorithmen mit zwei unterschiedlichen Verteilungsschemata. Die Zusammenfassung dieses Papiers finden Sie in ResearchGate und EuropePMC .
Der Hauptvorteil des Quantencomputings besteht darin, dass es einige Aufgaben schneller erledigen kann als ein klassischer Computer. Dies beruht auf einzigartigen Quantenphänomenen wie Verschränkung, Phaseninterferenz etc. Voraussetzung dafür ist, dass alle Qubits im Quantenspeicher miteinander „sprechen“ können. Wenn Teilmengen von Qubits physisch getrennt und nur über klassische Kanäle verbunden sind, geht diese Eigenschaft verloren, da die Qubits aus unterschiedlichen Teilmengen nicht verschränkt werden können.
Eine andere Möglichkeit, dies zu betrachten, ist, ob Sie haben$N$kleine Quantencomputer, dann können sie höchstens$N$mal die Arbeit eines dieser Computer. Dieses Modell erlaubt also nichts Besseres als eine lineare Verbesserung dessen, was ein einzelner der kleinen Quantencomputer leisten kann. Jeder Quantenalgorithmus mit besser als linearer Beschleunigung (z. B. Grover oder Shor) kann in diesem Modell nicht implementiert werden.