Finlandia opracowuje algorytmy kwantowe na przyszłość


Wielu ekspertów uważa, że ​​gdy komputery kwantowe będą wystarczająco duże i niezawodne, aby rozwiązywać przydatne problemy, najpowszechniejszą architekturą wdrażania będzie wykorzystywanie ich jako akceleratorów superkomputerów. Opracowano już kilka algorytmów do działania na tej architekturze, w tym najbardziej znany – Algorytm Shorsaktóry pewnego dnia złamie wiele współczesnych kryptosystemów klucza publicznego.

Aby poeksperymentować z tym rozwiązaniem w Finlandii, Fińskie Centrum Badań Technicznych (VTT) nawiązało współpracę z firmą CSC, która obsługuje LUMI, najszybszy superkomputer w Europie. VTT i CSC podłączają coraz większe komputery kwantowe do LUMI, aby umożliwić użytkownikom eksperymentowanie z algorytmami, które pozwolą najlepiej wykorzystać oba typy komputerów. Klasyczny komputer przechowuje większość danych i wykonuje większość kroków algorytmu, przekazując pozostałe kroki komputerowi kwantowemu, a następnie odczytując wyniki.

Pierwszy komputer kwantowy VTT został ukończony w 2021 roku i wykorzystywał 5 kubitów. Następnie uaktualnili do W zeszłym roku 20 kubitów i dążą do osiągnięcia 50 kubitów do końca 2024 r. Uniwersytety i organizacje badawcze zaczęły już wykorzystywać usługę hybrydową do rozwiązywania trywialnych problemów.

„To rodzaj próby na przyszłość” – mówi Ville Kotovirta, przywódca VTT zespół opracowujący algorytmy i oprogramowanie kwantowe. „Dzięki temu ludzie opracowujący algorytmy superkomputerowe mogą zacząć myśleć o tym, co będą w stanie zrobić, gdy większy komputer kwantowy będzie współpracował z komputerem klasycznym. Mogą wykorzystać istniejącą usługę do ćwiczenia pisania algorytmów.”

Jako pierwsi w Europie stworzyliśmy konfigurację hybrydową, ale inni podążają za nimi” – mówi Kotovirta. W czerwcu 2023 r. europejskie wspólne przedsięwzięcie HPC zaakceptowało tę propozycję sześć innych projektów budować podobne konstrukcje. Odbędą się one w Czechach, Francji, Niemczech, Włoszech, Polsce i Hiszpanii.

Opracowywanie nowych klas algorytmów

Kotovirta jest odpowiedzialna za badania nad algorytmami kwantowymi i rozwój oprogramowania umożliwiającego dostęp do obliczeń kwantowych VTT. Częścią jego pracy jest zatrudnianie nowych talentów, co według niego nie jest łatwe. Niektórzy absolwenci już w Finlandii interesują się obliczeniami kwantowymi, ale nie mają doświadczenia w świecie rzeczywistym.

Reklama

Osoby, które mają doświadczenie zawodowe w Finlandii, mają już pracę gdzie indziej w ekosystemie, a osoby spoza Finlandii wahają się przed przeprowadzką do zimnego klimatu. Powiedziawszy to, niektórzy z osób z zewnątrz są pod wystarczającym wrażeniem Fiński ekosystem aby przezwyciężyć obawy, jakie mogą mieć dotyczące pogody.

„Wszyscy się uczymy, ponieważ jest to nowa dziedzina i cały czas się zmienia”, mówi Kotovirta. „Pojawiają się nowe wynalazki, nowe platformy, nowe urządzenia, nowe algorytmy i nowe sposoby programowania. Aby dotrzymać kroku, staramy się zatrudniać matematyków, fizyków i informatyków”.

Zespół Kotovirty opracowuje kilka typów algorytmów dla architektur hybrydowych. Jednym z nich jest zestaw problemów optymalizacyjnych, zwanych kwadratową optymalizacją binarną bez ograniczeń (QUBO), które można rozwiązać za pomocą algorytmów wyżarzania kwantowego lub optymalizacji przybliżonej kwantowo (QAOA).

„Stworzyliśmy algorytmy kwantowe do analizowania danych grafowych i identyfikowania struktury społecznościowej sieci” – mówi. „Dane pochodzą ze złożonych sieci, takich jak systemy sieci technologicznych lub biologicznych”.

Zespół opracowuje także algorytmy dla chemii kwantowej, koncentrując się na zmniejszeniu złożoności a Hamiltonian molekularny udoskonalić symulacje cząsteczek. Podobnie pracują nad biologią syntetyczną, gdzie generują nowe białka o pewnych pożądanych cechach.

Innym obszarem zainteresowania jest kwantowe uczenie maszynowe – zwłaszcza kwantowe uczenie maszynowe, czyli modele, które uczą się na podstawie istniejących danych w celu tworzenia nowych próbek.

„Większość ludzi słyszała o generatywnej sztucznej inteligencji w kontekście „fałszywej sztucznej inteligencji”, w której wykorzystuje się ją do tworzenia obrazów, tekstu i dźwięku” – mówi Kotovirta. „Te same techniki można zastosować w nauce, ucząc się na czymś, co już istnieje, aby stworzyć coś nowego. Znajdujemy sposoby na ulepszenie tych technik za pomocą obliczeń kwantowych w celu generowania nowych białek”.

Pozycjonowanie kraju na przyszłość kwantową

„Najtrudniejszą częścią jest udowodnienie, że maszyny kwantowe mają przewagę nad swoimi klasycznymi odpowiednikami” – mówi Kotovirta. „Obecne komputery kwantowe to prawdziwe komputery, które mogą wykonywać prawdziwe obliczenia i rozwiązywać rzeczywiste problemy.

„W tym sensie już robią pożyteczne rzeczy, ale problem polega na tym, że rozmiary są bardzo małe, ponieważ obecne systemy są nieefektywne w porównaniu z ich klasycznymi odpowiednikami. Aby komputery kwantowe mogły rozwiązać coś wydajniej niż komputery klasyczne, należy poprawić dokładność.”

Wierność odnosi się do wskaźnika powodzenia pojedynczej operacji na komputerze kwantowym. Im wyższa wierność, tym lepszy wskaźnik powodzenia ogólnych obliczeń. Żyjemy obecnie w epoce hałaśliwych urządzeń kwantowych średniej skali (NISQ), co już pokazało, że urządzenia kwantowe mogą symulować rzeczy, z którymi klasyczne komputery mają trudności. Jednak jak dotąd wyniki są na tyle trywialne, że nie rozwiązują rzeczywistych problemów.

„W miarę poprawy wierności zbliżamy się do ery algorytmów w skali użytkowej i obliczeń kwantowych w skali użytkowej” – mówi Kotovirta. „Stanie się tak, gdy dokładność będzie wystarczająco dobra, aby uruchomić określone algorytmy dostosowane do topologii używanego urządzenia. To da nam wyniki, których klasyczne komputery nie będą w stanie odtworzyć, ale tylko w bardzo specyficznych przypadkach użycia.

Algorytmy te można wykorzystać na przykład do symulacji systemów kwantowych związanych z naukami o materiałach lub chemią. Chociaż nie można twierdzić, że jest to ogólna przewaga kwantowa, w tych konkretnych przypadkach użycia można wykazać przewagę. Strategia Finlandii zakłada dokonanie zmian na arenie światowej poprzez przypadki użycia, dzięki którym w niedalekiej przyszłości będzie można osiągnąć przewagę kwantową.

Mniejszym krajom nie jest łatwo konkurować z większymi gospodarkami. Możliwe jest jednak znalezienie niszy, która pozwoli im aktywnie wnosić wkład w skali globalnej w jednym lub kilku określonych obszarach. „Pod tym względem postępujemy właściwie” – mówi. „Mamy nadzieję, że będziemy to kontynuować w przyszłości.”



Source link

Advertisment

Więcej

Advertisment

Podobne

Advertisment

Najnowsze

YouTube Music umożliwia wyszukiwanie poprzez nucenie do telefonu z Androidem

W aplikacji YouTube Music na Androida dostępna jest funkcja, która będzie po części Shazamem i po części Twoim przyjacielem, gdy powiesz „hej, co...

9to5Mac Overtime 019: Spójrz na te ramki, stary

Jeff jest szefem produkcji treści wideo w 9to5. Początkowo dołączył do 9to5Mac w 2016 roku, tworząc filmy, solucje, poradniki, pisemne samouczki i...

Ława przysięgłych przyznaje Bungie zwycięstwo na mocy przełomowej decyzji przeciwdziałającej oszustwom

Wczorajsza decyzja jury przyznała Bungie (PDF) porządną sumę 63 210 dolarów. – powiedział doradca Bungie, James Barker, w oświadczeniu przesłanym e-mailem na...
Advertisment