¿Cómo podría construirse una red cuántica para manejar 10,000 clientes al mismo tiempo?

El problema C10k es un problema informático clásico cuyo nombre (C10k) es un número para manejar simultáneamente diez mil conexiones.

¿Cómo podría construirse una red cuántica para manejar 10,000 clientes al mismo tiempo?

— meowzz
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Además de ser un problema que se está investigando actualmente (lo cual es algo perfectamente bueno e interesante para preguntar), esto dependerá mucho del tipo de hardware / implementación utilizado (al menos, supongo que está preguntando sobre cómo esto podría funcionar en el nivel de hardware): 10k qubits superconductores se harían de una manera diferente a los 10k qubits de trampa de iones, entonces, ¿tiene en mente una implementación específica de computadora cuántica para esta pregunta?

— Mithrandir24601

Estoy más interesado en realizar un sistema virtualizado. Mi investigación actual se centra en la viabilidad de las arquitecturas informáticas cuánticas distribuidas a escala. Además, NGINX fue diseñado para resolver C10k. Estoy pensando en una versión cuántica (es decir, un servidor web cuántico). Actualizaré mi pregunta una vez que pueda formularla de manera más sucinta.

— meowzz

La conexión de hecho puede ser superficial. Supongo que si bien hay muchas formas en que se puede aplicar el problema C10k (el enfoque principal de las respuestas hasta ahora parece estar en el hardware; lo cual es comprensible dada la forma en que presenté la pregunta), ahora me queda claro que mi interés principal es su aplicación a redes cuánticas. Actualizará la pregunta pronto.

— meowzz

@meowzz: Quizás pueda hacer una nueva pregunta si va a cambiarla de una manera que me obligue a volver a escribir mi respuesta. Escribí mi respuesta basada en esta pregunta, y lo hice antes de algunos de los comentarios aquí, simplemente no apareció en línea hasta mucho después porque estoy viajando en este momento a una conferencia y he tenido una conexión Wi-Fi irregular. .

— user1271772

Cambié el título de tu pregunta a tu pregunta. El gran problema es que el título de una pregunta debe decir a los usuarios lo que se les pregunta; simplemente plantear la pregunta es una excelente manera de hacerlo. Por el contrario, la mayoría de la gente no sabrá a qué se refiere " El problema Q10K " sin haber leído primero esta pregunta.

— Nat

Respuestas:

En los comentarios a mi respuesta, el OP ha escrito:

En el caso de la puerta universal, usted indicó que los sistemas más grandes son <100. ¿Cómo podría llegar a 10k?

Bueno, tengo buenas noticias para ti. Hace cuatro días, D-Wave anunció en la conferencia AQC que ahora pueden hacer el acoplamiento YY:

Aquí puede ver el circuito superconductor que le brinda acoplamiento ZZ e YY al mismo tiempo:

No puedo mostrarle más de su presentación de "vista previa", pero espero que publiquen algo muy pronto.

¿Por qué es significativo el acoplamiento YY? Es porque en 2007, Jacob Biamonte y Peter Love de D-Wave demostraron que XX + ZZ es suficiente para el cálculo cuántico universal. XX e YY son equivalentes a una rotación, por lo que fácilmente podrían haber dicho que YY + ZZ es universal.

Ahora que D-Wave ha diseñado un conjunto universal de acopladores, debería ser posible tener una computadora cuántica universal de 10,000 qubit cuando se extiendan a celdas de 1250 unidades (ya que 8 x 1250 = 10,000, vea mi primera respuesta).

Lamento que todavía no haya referencias bibliográficas para esto, pero la imagen cuenta toda la historia, y me temo que hasta que D-Wave publique algo, esta es la "fuente" de la información. Así es como puedes citar esta respuesta.

— usuario1271772
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Permitir que los sockets de red manejen 10k clientes al mismo tiempo con más de 1 gigabit por segundo Ethernet (el problema C10k), es diferente de hacer una computadora cuántica que pueda manejar 10k qubits al mismo tiempo. Recuerde que 10k bits son solo 1.25kB, lo que ni siquiera es suficiente para almacenar un sistema operativo típico.

Si desea considerar cada qubit como un "cliente" en alguna generalización del problema C10k, entonces la respuesta a su pregunta depende de si necesita o no un conjunto de compuerta universal aplicable entre cada una de las conexiones de 10,000 qubit. Si es así, las computadoras cuánticas más grandes con un conjunto de compuerta universal son la máquina de 50 qubits de IBM y la máquina de 72 qubits de Google (que se ha anunciado pero aún no se ha mostrado al público).

Mencionas D-Wave, que hace recoctores cuánticos no universales. Si cada qubit se considera un "cliente", es cierto que el D-Wave 2000Q tiene 2048 qubits, pero no todos pueden conectarse a ningún otro qubit. Este es el gráfico de conectividad para una máquina D-Wave típica. Tenga en cuenta que cada qubit solo se puede conectar a un máximo de otros 6 qubits. Para obtener 10,000 qubits en este arreglo, solo necesita crear más de estas "celdas unitarias" de 8 qubits cada una. Lo que se muestra aquí es el D-Wave One, que tiene 16 unidades de celdas de 8 qubits cada una (8 x 16 = 128 qubits totales). El D-Wave Two tenía 64 unidades de celdas de 8 qubits cada una (8 x 64 = 512 qubits). El D-Wave 2X tenía 132 celdas unitarias (8 x 144 = 1152 qubits totales), y el D-Wave 2000Q tiene 256 celdas unitarias (8 x 256 = 2048 qubits totales).

Para 10,000 qubits solo necesita 1250 unidades de celdas (8 x 1250 = 10,000). Después de ese punto, D-Wave dice que sería necesario un rediseño, tal vez en el tamaño de las celdas unitarias, o en el cambio de 2D a 3D, o en la física misma.

— usuario1271772
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He editado de 1000 a 10,000. Fue un error tipográfico ya que estaba escribiendo eso en una computadora pública de baja especificación mientras esperaba el transporte del aeropuerto. Extender la máquina IBM de 50 qubits a 10,000 qubits implicaría superar obstáculos que no serán claros para nadie más que para los ingenieros de IBM que probablemente no le dirán nada (al igual que Intel no publica sus ideas sobre cómo superar cualquier obstáculo). obstáculos en la fabricación de chips clásicos). Lo mismo aplica para extender la computadora cuántica de Google de 72 qubits a 10,000. La mejor respuesta que probablemente obtendrá es sobre cómo extender D-Wave a 10,000.

— user1271772

Agradezco su desglose de las tecnologías D-Wave (especialmente el gráfico de conectividad). "Después de ese punto, D-Wave dice que sería necesario un rediseño, tal vez en el tamaño de las celdas unitarias, o en el cambio de 2D a 3D, o en la física misma". En qué consistiría el rediseño es de mi interés. He estado considerando una matriz de 100x100 (10,00 celdas) que luego podría moverse a 3d (100x100x100 = 1,000,000 de celdas).

— meowzz

Excepto que la arquitectura actual de D-Wave tiene celdas unitarias de 8 qubits cada una. Vea la imagen que vinculé en mi respuesta. Por lo tanto, tiene más sentido hablar de tener 1250 celdas unitarias de 8 qubits cada una, para obtener 10,000. Las celdas de 1250 unidades se pueden organizar en un rectángulo 2D de 25x50, o tal vez 2 capas (en 3D, una encima de la otra) con cada capa como una red de 25x25, o cualquier otra combinación posible que conduzca a 1250 celdas de 8 unidades qubits cada uno.

— user1271772

@meowzz: La única arquitectura para la cual hay conocimiento de cómo escalar hasta 10,000 es la arquitectura D-Wave y expliqué exactamente cómo sucedería eso. Si desea conocer los detalles de lo que requeriría el rediseño, desafortunadamente eso es algo que solo D-Wave sabría y les está pidiendo que revelen información que no quieren que sus competidores sepan.

— user1271772

Lo mismo ocurre con las computadoras cuánticas universales. IBM, Google y D-Wave son empresas cuánticas comerciales, no universidades. No creo que pueda esperar que los usuarios expliquen cosas que estas compañías tratan como "secretos comerciales". Ya he dado 3 ejemplos de mis propios pensamientos sobre cuál será la ruta para superar los desafíos. ¡Pero eso es para ir MÁS ALLÁ de 10,000, no para ir solo a 10,000!

— user1271772