Combien d'opérations un ordinateur quantique peut-il effectuer par seconde?

Je veux savoir quelle complexité temporelle est considérée comme efficace / inefficace pour les ordinateurs quantiques. Pour cela, j'ai besoin de savoir combien d'opérations un ordinateur quantique peut effectuer par seconde. Quelqu'un peut-il me dire comment le calculer et de quels facteurs il dépend (détails de mise en œuvre ou nombre de qubits, etc.)?

Donner une estimation pour une puce quantique générique est impossible car il n'y a pas d'implémentation standard pour le moment.

Néanmoins, il est possible d'estimer ce nombre pour une puce quantique spécifique, avec les informations fournies en ligne. J'ai trouvé des informations sur les puces IBM Q, voici donc la réponse pour la puce IBM Q 5 Tenerife . Dans le lien, vous trouverez des informations sur la puce, mais rien sur les horaires. Vous devez accéder au journal de version de la puce (via un lien donné sur la page des puces IBM Q 5 Tenerife ). Dans ce journal de version, rendez-vous dans une section "Gate Specification", vous aurez les informations suivantes (plus d'explications ci-dessous):

1. Un temps pour "GD", qui est de 60ns dans le lien ci-dessus.
2. Plusieurs fois pour "GF" (prenons 200ns pour les calculs ci-dessous).
3. Un "temps tampon", qui est de 10ns dans le lien ci-dessus.

Mais que représentent "GD", "GF" ou "buffer time"? Ce sont des opérations physiques de base , c'est-à-dire les opérations qui seront effectuées sur le qubit physique. Ces opérations physiques sont ensuite utilisées pour implémenter certaines portes quantiques de base. Vous pouvez trouver la décomposition des 4 portes quantiques de base des backends IBM Q en termes de ces opérations physiques sur la page des puces IBM Q 5 Tenerife . J'ai copié l'illustration ci-dessous.

Avec "GD" et "GF", il y a une opération physique "FC" qui n'apparaît pas dans les timings. En effet, cette opération "FC" ne fait que "changer la trame des impulsions suivantes" (citant Jay Gambeta à partir d'une conversation sur le QISKit Slack), et donc l'opération "FC" a un coût (temps d'application) de 0.

Le "temps tampon" n'est qu'un temps de pause entre chaque application d'opération physique.

Donc, finalement, nous pouvons calculer le temps nécessaire pour appliquer chaque porte de base sur ce backend spécifique:

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

De ces timings, vous pouvez déduire le nombre d'opérations par seconde que le backend ibmqx4 peut effectuer.

En prenant 200 ns par opération comme une approximation grossière de la durée moyenne d'une opération, vous vous retrouvez avec 5 000 000 d'opérations par seconde.

Vous pouvez trouver les données pour d'autres backends sur le référentiel GitHub qiskit-backend-information .

Il existe une différence importante entre les opérations physiques et les opérations logiques .

Opérations physiques légèrement imparfaites, effectuées sur des qubits également imparfaits. La vitesse à laquelle ceux-ci peuvent être effectués dépend du système physique utilisé pour réaliser les qubits. Par exemple, les qubits supraconducteurs peuvent effectuer deux portes de qubit (les plus lentes) en un temps de l'ordre de 100 ns (voir la réponse de Nelimee ).

En combinant de nombreux qubits physiques et en effectuant un processus avec de nombreuses opérations physiques, nous pouvons créer des qubits logiques . En faisant une correction d'erreur, ces qubits et les opérations qui y sont effectuées peuvent être rendus arbitrairement précis. Ce sont les types d'opérations qui sont nécessaires pour implémenter des algorithmes quantiques.

Il y a actuellement trop d'inconnues pour vous donner une fréquence d'horloge des opérations logiques. D'autant plus que même les qubits logiques de preuve de principe n'ont pas encore été construits (pas avec les codes de correction d'erreur quantique, au moins). Cela dépend de l'imperfection des qubits physiques et des opérations, et donc de tout ce que nous devons faire pour tout nettoyer. Cela dépend du type de code de correction d'erreur que nous utilisons, qui à son tour dépend du jeu d'instructions de nos processeurs quantiques (c'est-à-dire, quelles paires de qubits peuvent avoir une porte à deux qubits appliquée directement sur eux). Et cela dépend de la quantité de bruit que nous sommes prêts à avoir, car de meilleures architectures se font souvent au détriment du bruit. Il y a donc beaucoup d'interdépendances et beaucoup à résoudre.