Die Tohoku-Universität und NEC beginnen mit der gemeinsamen Forschung an Computersystemen mithilfe einer neu entwickelten 8-Qubit-Quantenglühmaschine

TOKIO, 28. Juni 2023 – (JCN Newswire) – Die Universität Tohoku und die NEC Corporation (TSE: 6701) haben mit der gemeinsamen Forschung an Computersystemen mit einer 8-Qubit-Quantenglühmaschine begonnen, die von NEC und Japans neuem National Institute of Advanced Industrial Science entwickelt wurde Technologie (AIST).

Die in dieser Forschung verwendete 8-Qubit-Quantenglühmaschine wurde unter Verwendung supraleitender Technologie gepaart mit der ParityQC-Architektur(1) neu entwickelt. Dadurch ist die Maschine resistent gegen Rauschen und kann weiterhin auf eine vollständig vernetzte Quantum-Annealing-Architektur skaliert werden, während ein längerer Quantenüberlagerungszustand aufrechterhalten wird.

Dies ist die erste im Inland hergestellte Quantenglühmaschine in Japan, die von außen über das Internet zugänglich ist. Diese gemeinsame Forschung ist auch das erste Projekt, bei dem diese Maschine zum Einsatz kommt.

Gemeinsame Forschung mit der neu entwickelten 8-Qubit-Quanten-Annealing-Maschine

Merkmale der Quantenglühmaschine

Die Lösung komplexer gesellschaftlicher Fragestellungen erfordert die Ableitung optimaler Kombinationen aus einer Vielzahl von Optionen (Lösung kombinatorischer Optimierungsprobleme). Um kombinatorische Optimierungsprobleme mit hoher Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit zu lösen, entwickeln NEC und AIST eine Quantenglühmaschine(2) unter Verwendung supraleitender Parametronen(3).

Die Verwendung supraleitender Parametronen macht diese Quantenglühmaschine resistent gegen Rauschen und ermöglicht eine lange Kohärenzzeit (Dauer für die Aufrechterhaltung des Quantenzustands)(4). Bei der Multi-Qubit-Implementierung wird die Kohärenzzeit im Allgemeinen verkürzt. Zusätzlich zur Rauschresistenz supraleitender Parametronen ist die Maschine jedoch in der Lage, selbst bei Multi-Qubit-Implementierung eine lange Kohärenzzeit aufrechtzuerhalten, indem sie die ParityQC-Architektur übernimmt, eine Kopplungstechnologie, die hochgradig kompatibel mit Parametronen ist. Diese Funktionen ermöglichen die Berechnung realer kombinatorischer Optimierungsprobleme mit hoher Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit.

Im Hinblick auf diese beiden Technologien gelang es NEC bereits im März 2022, den Betrieb der aus vier Qubits bestehenden Elementarzelle zu demonstrieren(5). Kürzlich gelang es, durch Ausrichtung der Elementarzellen eine Quanten-Annealing-Maschine zu entwickeln, die aus acht Qubits besteht.

Der neu entwickelte 8-Qubit-Chip basiert auf Elementarzellen mit langer Kohärenzzeit
Gemeinsame Forschung zwischen der Universität Tohoku und NEC

Die Universität Tohoku und NEC begannen 1958 mit der gemeinsamen Forschung zu Hochleistungsrechnertechnologien. Im Jahr 2014 wurde die „Joint Research Division of High-Performance Computing (NEC)“ im Cyberscience Center der Universität Tohoku(6) gegründet, um lösungsorientierte Forschungsarbeiten durchzuführen verschiedene wissenschaftliche und gesellschaftliche Themen. Im Rahmen der aktuellen gemeinsamen Forschung werden die Tohoku-Universität und NEC die Anwendung der oben genannten Quantenglühmaschine auf viele in der realen Welt existierende kombinatorische Optimierungsprobleme untersuchen, beispielsweise die Ableitung optimaler Evakuierungswege zur Minderung von Schäden und Verletzungen durch Tsunami-Überschwemmungen.

Vor dieser gemeinsamen Forschung arbeiteten die Tohoku-Universität und NEC bereits an der Entwicklung von Quanten-Annealing-gestützten Supercomputing-Plattformen der nächsten Generation im Rahmen des Next-Generation-Forschungs- und Entwicklungsprojekts des japanischen Ministeriums für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie (MEXT). (7) seit 2018. Ziel dieser Initiative ist es, die Leistung und Komplexität von Vektor-Supercomputern, die in vielen praktischen Anwendungen eine hohe Verarbeitungskapazität gezeigt haben, weiter zu verbessern und eine neue Supercomputing-Plattform durch funktionale Ergänzung von Vektor-Supercomputern mit Quanten- und simulierten Quantencomputern zu entwickeln Annealing ist auf kombinatorische Optimierungsprobleme spezialisiert. In Anerkennung dieser Initiativen zum Quantenglühen wurde die Tohoku-Universität vom japanischen Kabinett als „Quantum Solution Center“(8) akkreditiert.

Im Rahmen der aktuellen gemeinsamen Forschung wird die von NEC und AIST entwickelte 8-Qubit-Quantenglühmaschine auf Basis supraleitender Parametronen der Universität Tohoku über das Internet zur Verfügung gestellt. Im Rahmen dieser gemeinsamen Forschung werden die Tohoku-Universität und NEC sowohl die Quanten-Annealing-Maschine als auch die simulierte Quanten-Annealing-Maschine (NEC Vector Annealing) nutzen, die auf dem an der Tohoku-Universität installierten Vektor-Supercomputer „SX Aurora TSUBASA“(9) läuft, um das zu nutzen Merkmale sowohl der Quanten-Annealing-Maschine als auch der simulierten Quanten-Annealing-Maschine(10). Zukünftig werden die Tohoku-Universität und das NEC gemeinsam Forschung zu Computersystemarchitekturen durchführen, um komplexe soziale Probleme zu lösen. Darüber hinaus werden sie auch Anwendungsfälle untersuchen, die speziell für das Quantenglühen gelten und das Potenzial für die Durchführung von Hochgeschwindigkeitsberechnungen haben.

Zusätzlich zu der simulierten Quantenglühmaschine, die an der Universität Tohoku installiert ist, werden NEC und die Universität Tohoku auch die am AIST installierte Quantenglühmaschine über das Internet nutzen. Die Forscher werden die Gesamtkonfiguration beider Maschinen unter Berücksichtigung der Auswirkungen von Kommunikationsverzögerungen und anderer Faktoren untersuchen und die Ergebnisse in die zukünftige Entwicklung sowohl von Quanten-Annealing- als auch von simulierten Quanten-Annealing-Maschinen einfließen lassen.

Um Probleme in der realen Welt mit der Geschwindigkeit und Genauigkeit des Quantenglühens zu lösen, werden sie außerdem untersuchen, wie sich Berechnungen optimal auf beide Maschinen verteilen lassen, und versuchen, deren Nützlichkeit zu verbessern.

Die Universität Tohoku und das NEC werden diese gemeinsame Forschung als Gelegenheit nutzen, die gesellschaftliche Umsetzung von Quantencomputertechnologien weiter zu beschleunigen.

Anmerkungen:
(1) Die ParityQC-Architektur wird von Parity Quantum Computing entwickelt.
Über Parity Quantum Computing: https://parityqc.com/
Pressemitteilung vom 10. Februar 2021
NEC und ParityQC arbeiten zusammen, um hochskalierbare, praktische Quantencomputer zu entwickeln www.nec.com/en/press/202102/global_20210210_01.html
(2) Laufende Entwicklung als Projekt im Auftrag der New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO).
Projekttitel: Projekt zur Entwicklung innovativer KI-Chips und Computertechnologie der nächsten Generation
F&E-Aktivität: Integrierte Forschung und Entwicklung von Quantencomputern und Ising-Computersystemen
Projektwebsite: www.nedo.go.jp/english/activities/activities_ZZJP_100123.html
(3) Ein supraleitendes Parametron ist ein quantenmechanischer Resonanzkörper
Schaltung bestehend aus einer supraleitenden Spule und einem Kondensator; Es wurde erstmals 2014 von NEC und RIKEN entwickelt. Die Modulation der Schaltung mit der doppelten Resonanzfrequenz führt zu einem von zwei selbsterregten Schwingungszuständen mit einer Phase von 0 oder π. Die Überlagerung dieser Schwingungszustände kann als Qubits genutzt werden.
(4) Je höher die Kohärenzzeit, desto höher die Lösungsgenauigkeit und desto höher die Rechengeschwindigkeit. Forschungsinstitute in den USA und Europa betreiben außerdem Forschung und Entwicklung zum Quanten-Annealing mithilfe von Qubits mit längeren Kohärenzzeiten.
(5) Pressemitteilung vom 17. März 2022
NEC entwickelt die weltweit erste Elementarzelle, die die Skalierung auf eine vollständig vernetzte Quanten-Annealing-Architektur ermöglicht
www.nec.com/en/press/202203/global_20220317_01.html
(6) Pressemitteilung vom 27. Juni 2014:
Tohoku-Universität und NEC gründen gemeinsame Forschungsabteilung für Supercomputer-Technologien der nächsten Generation (japanischer Text)
PDF – www.tohoku.ac.jp/japanese/newimg/pressimg/tohokuuniv-press_20140627_03web.pdf
(7) Ein vom Ministerium für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie (MEXT) gefördertes Projekt zur fortgeschrittenen Nutzung von Hochleistungs-Allzweckcomputern
Forschungszeitraum: GJ2018 bis GJ2022
Forschungsdirektor: Hiroaki Kobayashi, Universität Tohoku
(8) Gestartet im Februar 2021 mit dem Ziel, Japans internationale Wettbewerbsfähigkeit im Bereich der Quantentechnologie auf der Grundlage der National Quantum Technology Innovation Strategy sicherzustellen und zu stärken (Integrated Innovation Strategy Promotion Council, 21. Januar 2020). Derzeit sind 10 Forschungsinstitute und Universitäten akkreditiert.
Über den Quantum Technology Innovation Hub: https://qih.riken.jp/en/
(9) Produkt-Website der Next-Generation-Innovationsplattform „SX-Aurora TSUBASA“-Serie:
www.nec.com/en/global/solutions/hpc/sx/index.html
(10) Eine Glühmaschine, die Quantenverhalten mithilfe herkömmlicher Computertechnologie simuliert, ohne Quanteneigenschaften zu nutzen.

NECs Initiativen im Quantencomputing
URL: www.nec.com/en/global/quantum-computing/index.html

Über die NEC Corporation

Die NEC Corporation hat sich als führendes Unternehmen in der Integration von IT- und Netzwerktechnologien etabliert und gleichzeitig die Markenaussage „Orchestrierung einer helleren Welt“ gefördert. NEC ermöglicht es Unternehmen und Gemeinschaften, sich an die schnellen Veränderungen in Gesellschaft und Markt anzupassen, da es die sozialen Werte Sicherheit, Fairness und Effizienz berücksichtigt, um eine nachhaltigere Welt zu fördern, in der jeder die Chance hat, sein volles Potenzial auszuschöpfen. Weitere Informationen finden Sie unter www.nec.com.

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• Quelle: https://www.jcnnewswire.com/pressrelease/84910/3/