logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
REKLAMA
REKLAMA
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

Przewagę kwantowa w problemach optymalizacyjnych w szkle spinowym o wielkości 5000 kubitów

ghost666 27 Maj 2023 03:17 1365 1
REKLAMA
  • Przewagę kwantowa w problemach optymalizacyjnych w szkle spinowym o wielkości 5000 kubitów
    W ciągu ostatnich dziesięcioleci naukowcy i firmy na całym świecie próbowały opracować coraz bardziej zaawansowane komputery kwantowe. Kluczowym celem ich wysiłków jest stworzenie systemów, które zatriumfują nad klasycznymi maszynami w określonych zadaniach. Zagadnienie to jest również znane jako realizacja: „przewagi kwantowej”. Zespół badawczy z D-Wave Quantum Inc., kanadyjskiego podmiotu zajmującego się obliczeniami kwantowymi, przygotował niedawno nowy system do tychże, który przewyższa standardowe mechanizmy, dedykowany dla problemów optymalizacyjnych. Ujęcie to, przedstawione w artykule w prestiżowym czasopiśmie naukowym: „Nature”, opiera się na programowalnym szkle spinowym posiadającym 5000 kubitów (kwantowe odpowiedniki bitów w klasycznej informatyce). „Ta praca potwierdza pierwotną hipotezę stojącą za wyżarzaniem kwantowym, zataczając pełne koło w nawiązaniu do nowatorskich eksperymentów zrealizowanych w latach 90” — skomentował jeden z badaczy odpowiedzialny za przeprowadzane testy, Andrew D. King. „W tych oryginalnych doświadczeniach wykorzystano kawałki stopu szkła spinowego i poddano je działaniu zmiennego pola magnetycznego. Obserwacje sugerowały, że gdybyśmy stworzyli programowalne kwantowe szkło spinowe, można byłoby zejść do niskoenergetycznych stanów problemów optymalizacyjnych szybciej niż w przypadku analogicznych, klasycznych algorytmów. Publikacja w: „Science” z 2014 roku próbowała to zweryfikować na procesorze D-Wave Two, ale nie znaleziono żadnego przyspieszenia”.

    W swojej ostatniej pracy King i jego współpracownicy osiągnęli przyspieszenie kwantowe, zwiększając spójność procesora D-Wave Advantage, kwantowego systemu obliczeniowego opracowanego niedawno w D-Wave. Finalnie wprowadzili ten procesor do spójnego reżimu wyżarzania bez efektów termicznych, czego nie uzyskano przy okazji minionych badań. Aby to umożliwić, naukowcy zaprogramowali 5000-kubitowy system ze szkła spinowego, którym mogli dalej sterować. Następnie wykorzystali tenże do rozwiązania różnych problemów optymalizacyjnych.

    Przewagę kwantowa w problemach optymalizacyjnych w szkle spinowym o wielkości 5000 kubitów
    „To moment, gdy historia zatoczyła pełne koło, w tym sensie, że zweryfikowaliśmy i rozszerzyliśmy hipotezę badaczy UChicago i NEC. Wyżarzanie kwantowe wykazuje przewagę skalowania względem symulowanego termicznego” — wskazał King. „To największa programowalna symulacja kwantowa, jaką kiedykolwiek przeprowadzono; odtworzenie jej w sposób klasyczny jest daleko poza zasięgiem znanych technik”.

    Aby rygorystycznie i niezawodnie zrealizować koherentne wyżarzanie, zespół opracował system składający się z 2000 kubitów. I zastosował go do prostego problemu jednowymiarowego, który można precyzyjnie rozwiązać standardowymi metodami obliczeniowymi. Z drugiej jednak strony, przygotowali też mechanizm z ponad dwukrotnie większą liczbą kubitów i wykorzystali go do niedogodności, której nie można symulować przy użyciu typowych narzędzi. „Z kilku powodów komputery kwantowe oparte na wyżarzaniu D-Wave są jedyną platformą, która może rozstrzygnąć tego rodzaju dylemat optymalizacji” — powiedział King. „Pierwszy to rozmiar: przyjrzeliśmy się zachowaniu skalowania od bardzo małych szkieł spinowych (250 kubitów) do dużych (ponad 5000 kubitów); 250 to prawie górna granica dla innych platform. Drugim powodem jest programowalność: zaprogramowaliśmy sieci kubitów w trójwymiarowej geometrii, indywidualnie dostrajając każdą pojedynczą interakcję kubit-kubit”.

    Badacze przeprowadzili swoje eksperymenty w systemie produkcyjnym online, co oznacza, że mogli działać równolegle z operacjami klientów w chmurze. Na tej platformie internetowej i dzięki systemowi szkła spinowego o wielkości 5000 kubitów w końcu zademonstrowali przewagę skalowania w przypadku problemów z optymalizacją. „Mamy jasny podgląd na efekty kwantowe i bardzo wyraźne dowody, zarówno teoretyczne, jak i eksperymentalne, że te zapewniają przewagę w zakresie skalowania obliczeniowego nad metodami klasycznymi” — oznajmił King. „Chcemy podkreślić różnicę między tą pierwotną definicją przewagi kwantowej a faktem, że czasami jest ona używana jako termin zastępczy dla supremacji kwantowej, czego nie wykazaliśmy. Komputery kwantowe typu bramkowego nie przejawiły żadnych możliwości zbliżonych do tych w zakresie optymalizacji i osobiście nie wierzę, że kiedykolwiek to zrobią”.

    W świetle swojej ostatniej pracy King i jego współpracownicy uważają, że wyżarzanie kwantowe zawsze będzie działać lepiej niż model bramkowy w kwestii problemów optymalizacyjnych. Dlatego D-Wave koncentruje się obecnie na rozwoju obu tych platform. „Przez długi czas dyskutowano, czy spójna dynamika kwantowa odgrywa jakąkolwiek rolę w wyżarzaniu kwantowym” — powiedział King. „Chociaż ta kontrowersja została obalona przez poprzednie prace, to nowe badania są jak dotąd najwyraźniejszą demonstracją”.

    Działania tego zespołu naukowców i system 5000 kubitów, który zrealizowali, stanowią znaczący wkład w dziedzinę obliczeń kwantowych. Podkreśla to w szczególności potencjał do rozwiązywania dylematów optymalizacyjnych za pomocą systemów obliczeń ww. typu. Ich niedawny artykuł skupiał się na uzyskaniu przewagi kwantowej nad ujęciami klasycznymi w problemach optymalizacji poprzez precyzyjne kontrolowanie dynamiki kwantowej dużego systemu. Jednak w swoich przyszłych eksperymentach, King i jego współpracownicy chcieliby również określić ilościowo, jak ograniczone są metody standardowe. A także pokazać, że możliwości ich rozwiązania mogą wykraczać poza te superkomputerów. „Możemy również bardzo wyraźnie zobaczyć efekty koherencji w naszych procesorach” — dodał King. „Procesor Advantage 2, który jest obecnie w fazie rozwoju, obiecuje znaczne ulepszenia w tym obszarze. Jesteśmy więc naprawdę podekscytowani, widząc, co możemy zrobić, nie tylko pod względem ulepszonej optymalizacji dla aplikacji klienckich, ale także dzięki bardziej egzotycznym doświadczeniom z koherentnym wyżarzaniem”.

    Źródło: https://phys.org/news/2023-05-team-quantum-advantage-optimization-problems.html

    Fajne? Ranking DIY
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    https://twitter.com/Moonstreet_Labs
    ghost666 napisał 11960 postów o ocenie 10197, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • REKLAMA
REKLAMA