D-Waveアーキテクチャをユニバーサルにする最も単純な追加は何ですか？
回答:
XXカプラーは、量子アニーリングをユニバーサルにするために必要です。
https://arxiv.org/abs/0704.1287
それらの製造については、ハードウェアの問題にあまり詳しくありません。おそらく他の誰かがそれにコメントすることができます。
受け入れられた答えでは、XXカプラーは「必要」であると言われています。
ただし、YYカプラーも機能します。これは、このペーパーのセクションVIで説明されているYYガジェットが原因です。
実際、受け入れられた回答で提供された元の論文でさえ、XZでも十分であると述べています（XXだけではありません）。そのため、まだガジェットを明示的に作成した人はまだいませんが、YZも十分なはずです。
D-Waveのマシンをユニバーサルにする追加カプラーのこれら4つのオプションすべて（XX、YY、XZ、YZ）のうち、そのうちの1つはすでにD-Waveによってハードウェアに実装されています：YYカプラー。
2018年のAQCカンファレンスで発表されました：
しかし、これらのYY条件の制御にはいくつかの制限があり、このための物理的な理由はここに私の質問の主題である：ではD-Waveのユニバーサル量子コンピュータは、なぜYYの用語は、線形Xの用語と一緒に駆動する必要がありません？
それを普遍的にするためにできる最も簡単なことは何でしょうか？
ここに引用されている米国特許US9162881B2「普遍的な断熱量子コンピュータの物理的実現」または米国出願US20150111754A1「超伝導キュビットによる普遍的な断熱量子計算」を参照してください。
定義：基礎本明細書および添付の特許請求の範囲を通して、「基礎」および「ベース」という用語は、所与のベクトル空間を完全に記述するために組み合わせることができる線形独立ベクトルの1つまたは複数のセットをそれぞれ表すために使用される。たとえば、標準の空間デカルト座標の基準は、x軸、y軸、z軸の3つのベクトルで構成されます。数理物理学の当業者は、ハミルトニアンを記述するために使用されるような、演算子空間に対してベースが定義され得ることを理解するであろう。
定義：実効キュービット本明細書および添付の特許請求の範囲を通じて、「実効キュービット」および「実効キュービット」という用語は、2レベルシステムとして表すことができる量子システムを表すために使用される。当業者は、２つの特定のレベルがマルチレベル量子システムから分離され、有効なキュービットとして使用され得ることを理解するであろう。さらに、「有効キュビット」および「有効キュビット」という用語は、単一の2レベルシステムを表すために使用できる任意の数のデバイスを含む量子システムを表すために使用される。例えば、複数の個々のキュビットは、結合されたキュビットのセット全体またはその一部が単一の２レベルシステムを表すような方法で一緒に結合されてもよい。
ユニバーサル量子コンピュータ（ＵＱＣ）は、他の任意の量子コンピュータを効率的にシミュレートすることができる量子コンピュータである。一部の実施形態では、ユニバーサル断熱量子コンピュータ（ＵＡＱＣ）は、断熱量子計算および／または量子アニーリングを介して任意の量子コンピュータをシミュレートすることができるであろう。いくつかの実施形態では、ＵＡＱＣは、断熱量子計算および／または量子アニーリングを介して物理量子システムをシミュレートすることができるであろう。
局所格子スピンハミルトニアンが普遍的な断熱量子計算に使用できることが確立されている。ただし、使用される2ローカルモデルハミルトニアンは一般的なものであり、したがって、スピン間に必要な相互作用のタイプを、量子プロセッサで実現できる既知の相互作用に限定するものではありません。1ローカル横磁場を持つ2ローカルIsingモデルは、さまざまなテクノロジーを使用して実現されています。
この量子スピンモデルは、断熱量子計算にとって普遍的である可能性は低いと考えられている。S. Bravyi et al。、2006 arXiv：quant-ph / 0606140v4またはQuantの説明を参照してください。INF コンプ 8、0361（2008）。ただし、調整可能な1に加えて調整可能な2ローカル対角および非対角カップリングを使用することにより、断熱量子計算を普遍的にすることができ、NP複雑度クラスの量子アナログである量子マーリンアーサー複雑度クラスに属することが示されています1 -ローカル対角バイアスと非対角バイアス。
対角項および非対角項は、計算基準を参照して定義することができる。キュービットの状態は、2つの基底状態の1つ、または2つの基底状態の線形重ね合わせになります。2つの状態は計算の基礎を形成します。
注：詳細については、特許を参照してください。
そのようなことが実装されていない理由は何ですか？
- 定義：普遍的断熱量子計算「普遍性」の概念は、コンピュータサイエンスでは、コンピューティングシステムの機能の範囲または範囲を説明するために理解されています。「ユニバーサルコンピュータ」は、一般に、他のコンピューティングシステムをエミュレートできるコンピューティングシステム、または他の言葉で言えば、他のコンピューティングシステムと同じ目的で使用できるコンピューティングシステムを表すと考えられている。本システム、方法および装置の目的のために、「ユニバーサル断熱量子コンピュータ」という用語は、任意のユニタリー進化をシミュレートできる断熱量子コンピューティングシステムを説明することを意図している。
From：「超伝導回路を用いた量子情報処理：レビュー」G.ウェンディン著（2017年10月8日）、77ページ：
D-Wave Systemsマシンはトップダウンで構築されています。スケールアップは、磁束のキュービットとコヒーレンス時間が短い回路に基づいています。このテクノロジーは、Nb rf-SQUIDキュービットと組み合わせた従来のNb RSFQ回路に基づいており、現在のD-Waveプロセッサーの基礎を形成しています。このアーキテクチャは、遠方のキュービットの（制限された）結合を可能にする通信バスのクロスバーネットワークに基づいています。キュビットは、DCバイアスを変化させ、キュビットエネルギーとキュビットキュビットカップリングを変更することによって操作されます。
その結果、コヒーレンスとエンタングルメントのプロパティは、マシンとそのコンポーネントでさまざまなタイプの実験を実行して調査する必要があります。
過去3年間で、このトピックは急速に発展し、今では一定の共通の理解とコンセンサスに達しています。最近のいくつかの論文での議論に基づいて、状況は次のように要約できます。
•D-Waveマシンの動作は、量子アニーリングと一致しています。
•これまでのところ、スケーリングの利点（量子スピードアップ）は見られません。
•QAは、障壁が狭い限り、適切な解決策をすばやく見つけるのに効率的ですが、最終的に広い障壁に遭遇するとスタックします。
•100万倍のスピードアップを示すGoogle D-Wave 2Xの結果は、デバイスのハードウェアグラフに完全に適合するネイティブインスタンス用です。
•QAのハードウェアにうまくマッピングできない一般的な問題の場合、パフォーマンスが大幅に低下します。
•これらの問題には、より効率的な従来の最適化アルゴリズムが存在し、ほとんどの問題インスタンスで現在のD-Wave 2Xデバイスよりも優れています。しかし、競争は続いています。
•エンジニアリングの改善、特にアニーリングと読み出しの高速化により、量子アニーリングの実行時間を、現行世代のQAデバイスの100分の1に短縮できます。
•ただし、キャリブレーションの不正確さによるコスト関数の誤った指定は、アナログQAデバイスのパフォーマンスを妨げる可能性がある課題です。
•もう1つの課題は、接続が制限されたネイティブハードウェアアーキテクチャに問題を埋め込むことです。
•アナログQAには量子スピードアップの未解決の問題があります。
•QAエラー訂正が実証されており、大規模なノイズ保護されたAQOデバイスへの道を開くかもしれません。
•通常、古典的に計算上難しい問題は、QAデバイスにとっても難しい問題のようです。
•量子化の高速化を実証するために、マシンのキャリブレーションの改善、ノイズ低減、QAスケジュールの最適化、システムサイズの拡大、スピングラスの問題の調整が必要になる場合があります。しかし、難しいことは判断が難しいかもしれません。
•最新のD-Wave 2000Qシステムが2000キュービットで何ができるかはまだわかりません。
注：詳細については、ペーパーを参照してください。
特許はその説明がいくぶん不可解です。
図２に記載されているシミュレートされた結合。図9 図１０は、より少ない実際のカプラータイプにより、複数のタイプの結合を実現することを可能にする。これにより、アーキテクチャが特定のタイプのカプラーに最適な量子プロセッサで、より高い汎用性を提供できます。たとえば、何らかの理由でZZカプラーとXXカプラーのみを実装するのに最適な超伝導量子プロセッサは、メディエーターキュービットを介したシミュレートされた結合を組み込んで、シミュレートされたXZおよびZXカップリングの効果を実現できます。
当業者は、本システム、方法、および装置で教示されるキュービット結合アーキテクチャを実現するために、本明細書で説明されるＸＸ、ＺＺ、ＸＺ、およびＺＸカプラの様々な実施形態が、結合装置の非限定的な例。本システム、方法、および装置に記載されているすべての結合装置は、それらが実装されている特定のシステムの要件に対応するように、または特定の用途に有利な特定の機能を提供するように変更することができる。
本システム、方法、および装置は、１つのプロセッサアーキテクチャにおける少なくとも２つの異なる結合メカニズムの実装による普遍的な断熱量子計算の物理的な実現を説明する。各カップリングメカニズムは、1番目と2番目のベース間のカップリング（たとえば、XとX、XとZ、またはZとZ間のカップリング）を提供し、それによって「カップリングベース」（たとえば、XX、XZ、またはZZ）を定義します。 。本システム、方法および装置によれば、少なくとも２つの異なる結合基底が通勤しない、少なくとも２つの異なる結合基底をそれぞれ含むキュビット結合アーキテクチャが、普遍的断熱量子計算のためのハミルトニアンを実現するために使用される。例えば、本明細書に記載される様々な実施形態は、ユニバーサル断熱量子計算が、キュービット結合アーキテクチャにおける非対角カプラの同時適用によって物理的に実現され得ることを教示する。当業者は、この概念が、ＸＹ－、ＹＸ－、ＹＹ－、ＺＹ－、およびＹＺ－カプラーなどのＹベースを含むカプラーにまで及ぶ可能性があることを理解するであろう。
この仕様と添付のクレームは、ユニバーサルキュービットカップリングアーキテクチャを示すことにより、ユニバーサル断熱量子コンピューターの実現可能なハミルトニアンの物理的な実装について説明しています。本明細書で説明するユニバーサル結合方式の実施形態に共通の要素があり、それは、キュービット間の少なくとも2つの異なるセットの結合デバイスの実装であり、2つの異なるセットの結合デバイスによって結合されたそれぞれのベースは通勤しません。当業者は、そのような非可換カプラが様々な異なる実施形態および実装で実現されてもよく、そのような実施形態のすべてが本明細書で実際に開示され得ないことを理解するであろう。したがって、XX-ZZ結合アーキテクチャとXZ-ZX結合アーキテクチャの2つの物理的な実施形態のみが、関連技術の当業者は、非可換カプラーを実装する任意の量子プロセッサアーキテクチャへの拡張を認めるであろうことを認識して、本明細書で詳述する。さらに、当業者はそれを理解するであろう。特定の量子アルゴリズムまたはハードウェアの制約により、量子プロセッサの有効なキュービットの数やカプラーの数、あるいはその両方に最小要件が課される場合があります。本システム、方法および装置は、ＸＺおよびＺＸカプラーをシミュレートするためのＸＸおよびＺＺカプラーの使用、ならびにＸＸおよびＺＺカプラーをシミュレートするためのＸＺおよびＺＸカプラーの使用を説明し、それにより、一対の非可換カプラーが量子プロセッサを使用して、他のカプラースキームをシミュレートできます。
[ 私のコメント：基本的に、余地はあまりありません。と改善が計画されています。]
アプリケーションでは、それは少し不可解です：
【０１２９】読み出しは、ＧＭＱＣよりもＡＱＣにおいてより困難である可能性が高い。後者のパラダイムでは、計算の最後にすべてのキュービットが分離されます。その結果、GMQCプロセッサで各キュービットを個別に読み取ることができます。対照的に、AQCはターゲットのハミルトニアンがアサートされて終了します。ハミルトニアンに非対角要素が含まれている場合、AQCを読み取ると問題が発生する可能性があります。読み出しプロセスでキュービットレジスタの波動関数が崩壊する必要がある場合、その状態はターゲットハミルトニアンの固有状態ではなくなります。したがって、有限のバイアスと結合の存在下で、AQCプロセッサのすべてのキュービットの状態を同時に投影する方法を考案することが望ましいです。