Como uma rede quântica pode ser construída para lidar com 10.000 clientes simultaneamente?

O Problema C10k é um problema de computação clássico cujo nome (C10k) é um numerônimo para manipular simultaneamente dez mil conexões.

Como uma rede quântica pode ser construída para lidar com 10.000 clientes simultaneamente?

— meowzz
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Além de ser um problema atualmente pesquisado (o que é uma coisa perfeitamente boa e interessante para se perguntar), isso dependerá muito do tipo de hardware / implementação usado (pelo menos, suponho que você esteja perguntando sobre como isso poderia funcionar no nível do hardware) - qubits supercondutores de 10k seriam feitos de maneira diferente dos qubits de armadilha de íons de 10k, então você tem uma implementação específica de computador quântico em mente para esta pergunta?

— Mithrandir24601

Eu estou muito interessado em realizar um sistema virtualizado. Minha pesquisa atual está focada na viabilidade de arquiteturas quânticas distribuídas de computadores em escala. Além disso, o NGINX foi projetado para resolver o C10k. Estou pensando em uma versão quântica (ou seja, um servidor da web quântico). Atualizarei minha pergunta assim que puder formulá-la de forma mais sucinta.

— meowzz

A conexão pode de fato ser superficial. Suponho que, embora haja muitas maneiras pelas quais o problema do C10k possa ser aplicado (o foco principal das respostas até agora parece estar no hardware; o que é compreensível, conforme eu apresentei a pergunta), agora estou claro que meu principal interesse é a aplicação para redes quânticas. Atualizará a pergunta em breve.

— meowzz

@ meowzz: Talvez você possa fazer uma nova pergunta se quiser alterá-la de uma maneira que me faça reescrever minha resposta. Escrevi minha resposta com base nessa pergunta e fiz isso antes de alguns dos comentários aqui, que só apareceram on-line muito mais tarde porque estou viajando no momento para uma conferência e tive uma conexão Wi-Fi irregular .

— user1271772

Alterei o título da sua pergunta de volta para sua pergunta. A grande questão é que o título de uma pergunta deve informar aos usuários o que está sendo solicitado; simplesmente declarar a pergunta é uma ótima maneira de fazer isso. Por outro lado, a maioria das pessoas não sabe a que " o problema Q10K " se refere sem antes ter lido esta pergunta.

— Nat

Respostas:

Nos comentários à minha resposta, o OP escreveu:

No caso do portão universal, você declarou que os maiores sistemas são <100. Como poderia chegar a 10k?

Bem, eu tenho boas notícias para você. Há quatro dias, a D-Wave anunciou na conferência AQC que agora eles podem fazer o acoplamento YY:

Aqui você pode ver o circuito supercondutor que fornece o acoplamento ZZ e YY ao mesmo tempo:

Não posso mostrar mais sobre a apresentação "prévia", mas espero que eles publiquem algo muito em breve.

Por que o acoplamento YY é significativo? Isso ocorre porque, em 2007, Jacob Biamonte e Peter Love, da D-Wave, provaram que XX + ZZ é suficiente para o cálculo quântico universal. XX e YY são equivalentes a uma rotação; portanto, eles poderiam facilmente dizer que YY + ZZ é universal.

Agora que a D-Wave projetou um conjunto universal de acopladores, deve ser possível ter um computador quântico universal de 10.000 qubits quando eles se estendem a 1250 unidades de células (desde 8 x 1250 = 10.000, veja minha primeira resposta).

Sinto muito por ainda não haver referências na literatura para isso, mas a imagem conta toda a história e tenho medo de que até a D-Wave publique alguma coisa, essa seja a "fonte" para a informação. Isto é como você pode citar esta resposta.

— user1271772
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A habilitação de soquetes de rede para lidar com 10 mil clientes ao mesmo tempo com mais de 1 gigabit por segundo Ethernet (o problema C10k) é diferente de criar um computador quântico que possa lidar com 10 mil qubits simultaneamente. Lembre-se de que 10k bits são apenas 1,25kB, o que não é suficiente para armazenar um sistema operacional típico.

Se você deseja considerar cada qubit como um "cliente" em alguma generalização do problema C10k, a resposta à sua pergunta depende se você precisa ou não de um portão universal definido para ser aplicável entre cada uma das conexões de 10.000 qubit. Nesse caso, os maiores computadores quânticos com um conjunto de portas universais são a máquina de 50 qubit pela IBM e a máquina de 72 qubit pelo Google (que foi anunciado, mas ainda não foi mostrado ao público).

Você menciona o D-Wave, que produz recozimentos quânticos não universais. Se cada qubit é considerado um "cliente", é verdade que o D-Wave 2000Q possui 2048 qubits, mas nem todos eles podem ser conectados a qualquer outro qubit. Este é o gráfico de conectividade para uma máquina D-Wave típica. Observe que cada qubit só pode ser conectado a no máximo 6 outros qubits. Para obter 10.000 qubits nesse arranjo, você só precisa criar mais dessas "células unitárias" de 8 qubits cada. O que é retratado aqui é o D-Wave One, que possui 16 unidades de células de 8 qubits cada (8 x 16 = 128 qubits totais). O D-Wave Two tinha 64 unidades de células de 8 qubits cada (8 x 64 = 512 qubits). O D-Wave 2X tinha 132 células unitárias (8 x 144 = 1152 qubits totais) e o D-Wave 2000Q possui 256 células unitárias (8 x 256 = 2048 qubits totais).

Para 10.000 qubits, você só precisa de 1250 unidades de células (8 x 1250 = 10.000). Depois desse ponto, o D-Wave diz que seria necessário um redesenho, talvez no tamanho das células unitárias, passando de 2D para 3D, ou na própria física.

— user1271772
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Eu editei 1000 a 10.000. Foi um erro de digitação desde que eu escrevia isso em um computador público de baixa especificação enquanto esperava um transporte para o aeroporto. Estender a máquina IBM de 50 para 10.000 envolve envolver a superação de obstáculos que não serão claros para ninguém, mas os engenheiros da IBM que provavelmente não lhe dirão nada (assim como a Intel não divulga suas idéias sobre como superar qualquer obstáculos na fabricação de chips clássicos). O mesmo vale para estender o computador quântico do Google de 72 qubits para 10.000. A melhor resposta que você provavelmente terá é como estender o D-Wave para 10.000.

— user1271772

Agradeço sua análise das tecnologias D-Wave (especialmente o gráfico de conectividade). "Depois desse ponto, o D-Wave diz que seria necessário um novo design, talvez no tamanho das células unitárias, passando de 2D para 3D, ou na própria física". O que o redesenho consistiria é do meu interesse. Eu estive considerando uma matriz 100x100 (10,00 células) que poderia ser movida para 3d (100x100x100 = 1.000.000 células).

— meowzz

Exceto que a arquitetura atual do D-Wave possui células unitárias de 8 qubits cada. Veja a figura que eu vinculei na minha resposta. Portanto, faz mais sentido falar em ter 1250 células unitárias de 8 qubits cada, para obter 10.000. As células de 1250 unidades podem ser organizadas em um retângulo 2D de 25x50, ou talvez 2 camadas (em 3D, uma por cima da outra), sendo cada camada uma treliça de 25x25 ou qualquer outra combinação possível que leve a 1250 células de 8 qubits cada.

— user1271772

@ meowzz: A única arquitetura para a qual há conhecimento de como escalar até 10.000 é a arquitetura D-Wave e expliquei exatamente como isso aconteceria. Se você quiser saber as especificidades do que o redesenho exigiria, infelizmente isso é algo que apenas a D-Wave saberia e você está pedindo que revelem informações que eles não querem que seus concorrentes saibam.

— user1271772

O mesmo vale para os computadores quânticos universais. IBM, Google e D-Wave são empresas quânticas comerciais, não universidades. Eu não acho que você possa esperar que os usuários expliquem coisas que essas empresas tratam como "segredos comerciais". Eu já dei três exemplos de meus próprios pensamentos sobre qual será o caminho para superar os desafios. Mas isso é para além de 10.000, não apenas para 10.000!

— user1271772