IQT's "Journal Club:" En lægmandsguide til Quantum Reservoir Computing - Inside Quantum Technology

IQTs "Journal Club:" En lægmandsguide til Quantum Reservoir Computing - Inside Quantum Technology

Tidsstempel: 10. november 2023 kl. 6
Et nyt Nature Science Advances-papir ser på kvantereservoirberegning og dets indvirkning på computerprocesser. (PC IQT)
By Kenna Hughes-Castleberry offentliggjort 10. november 2023

IQTs "Journal Club" er en ugentlig artikelserie, der nedbryder et nyligt kvanteteknologisk forskningspapir og diskuterer dets indvirkning på kvanteøkosystemet.  

Kvanteberegningsområdet lyder ofte, som om det er flået direkte fra science fiction-siderne, men det er meget virkeligt og udvikler sig hurtigt. I en ny Natur videnskabelige rapporter papir, forskere ved IBM Quantum og Thomas J. Watson Research Center fokuserer nu på et nyt aspekt kaldet "Quantum Reservoir Computing." For at forstå dette, billede et stort reservoir af vand, hvor bølger kan bruges til at forudsige, hvad der vil ske næste gang - kun i dette tilfælde er vandet partiklernes kvantetilstand, og bølgerne er data.

Quantum Reservoir Computing er et spændende fremskridt inden for kvanteområdet machine learning, særligt velegnet til at forudsige sekvenser og mønstre over tid, ligesom at forudsige vejrmønstre eller aktiemarkedstendenser. Traditionelle computere kæmper med disse opgaver, fordi de er lineære og velordnede, men den naturlige verden – som aktiemarkedet or vejr – er kompleks og ofte kaotisk.

Det, der virkelig er innovativt ved den seneste udvikling, er at bruge "støj" i kvantesystemet. I hverdagen er støj som regel noget, vi forsøger at reducere eller fjerne. I kvanteverdenen kan denne støj imidlertid udnyttes og kontrolleres for at hjælpe med at lave bedre forudsigelser. Det er, som om det statiske på din radio pludselig kunne fortælle dig, hvilken sang der bliver afspillet næste gang.

Forskere har udtænkt en måde at tune denne kvantestøj på ved at justere den for at forbedre forudsigelser. Dette gøres ved at programmere støjen ind i kvantekredsløbene - de veje, der styrer kvantebits, eller qubits, som er de grundlæggende informationsenheder i kvanteberegning. Ved at finjustere støjen kunne IBM Quantum-forskerne optimere kvantesystemets ydeevne.

Desuden har forskerne fundet måder at forenkle disse kvantesystemer. De har reduceret antallet af nødvendige qubits og kompleksiteten af ​​deres forbindelser (sammenfiltring), hvilket gør systemerne nemmere at administrere og potentielt mere robuste.

Virkningen af ​​disse kvantereservoir-beregningsfremskridt viser allerede lovende. Ved at bruge en enkelt støjmodel og en mindre hukommelse har forskere opnået imponerende resultater med at simulere komplekse systemer. Et givet eksempel er Mackey-glas system, som er en matematisk model, der bruges til at beskrive komplekse systemer såsom biologiske svingninger. Forskerne var i stand til at forudsige dens adfærd 100 skridt frem i det, der er kendt som det kaotiske regime - en betydelig udfordring på grund af systemets uforudsigelige natur.

I lægmandssprog er dette beslægtet med at se ind i en meget kompliceret krystalkugle og præcist forudse begivenheder langt ud i fremtiden. For kvantecomputerindustrien kan disse fremskridt betyde hurtigere, mere effektive og mere præcise forudsigelser for alt fra vejrudsigter til økonomiske analyser og videre. Det er et spændende indblik i en fremtid, hvor vores computere kunne tænke mere, som vi gør: at omfavne kaos og kompleksitet i stedet for at blive forvirrede.

Kenna Hughes-Castleberry er medarbejderskribent hos Inside Quantum Technology og Science Communicator på JILA (et partnerskab mellem University of Colorado Boulder og NIST). Hendes skrivebeats inkluderer deep tech, quantum computing og AI. Hendes arbejde har været omtalt i Scientific American, Discover Magazine, New Scientist, Ars Technica og mere.

Tidsstempel:

Mere fra Inde i Quantum Technology