Gokul Subramanian Ravi
Gokul Subramanian Ravi άρχισε το δικό του CIFellowship τον Σεπτέμβριο του 2020 αφού έλαβε το διδακτορικό του (με επίκεντρο την αρχιτεκτονική υπολογιστών) από το Πανεπιστήμιο του Wisconsin-Madison τον Αύγουστο του 2020. Ο Gokul βρίσκεται αυτή τη στιγμή στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου εργάζονται σε κβαντικούς υπολογιστές με Φρεντερίκ Τσονγκ, Καθηγητής Seymour Goodman Επιστήμης Υπολογιστών. Συνδεδεμένα είναι τα ιστολόγιά του μεταβλητοί κβαντικοί αλγόριθμοι και φέρνοντας περισσότερα κλασικοί αρχιτέκτονες υπολογιστών στον κβαντικό κόσμο. Ο Gokul βρίσκεται επί του παρόντος στην ακαδημαϊκή αγορά εργασίας 2022-23.
Το υπόλοιπο αυτής της ανάρτησης είναι γραμμένο από τον Gokul Ravi
Τρέχον έργο
Ο κβαντικός υπολογισμός είναι ένα ανατρεπτικό τεχνολογικό παράδειγμα με τη δυνατότητα να φέρει επανάσταση στους υπολογιστές, και ως εκ τούτου, στον κόσμο. Πάνω από τρεις δεκαετίες, η υπόσχεση του κβαντικού υπολογισμού έχει σταδιακά ισχυροποιηθεί μέσω των θεωρητικών προόδων στους αλγόριθμους και των πειραματικών εξελίξεων στην τεχνολογία συσκευών, που συχνά επιδιώκονται μεμονωμένα.
Όμως, καθώς οι κβαντικές συσκευές μετατρέπονται από την εργαστηριακή περιέργεια στην τεχνική πραγματικότητα, είναι ζωτικής σημασίας να δημιουργηθεί ένα υπολογιστικό οικοσύστημα που θα πρέπει να ενισχύσει ενεργά τις θεμελιώδεις, περιορισμένες, δυνατότητες της βραχυπρόθεσμης (NISQ: Noisy Intermediate Scale Quantum) και της μακροπρόθεσμης (FT: Fault Tolerant) κβαντικές μηχανές, με τρόπο που γνωρίζει καλά τις ανάγκες των στοχευόμενων κβαντικών εφαρμογών. Οι αρχιτέκτονες υπολογιστών είναι ιδιαίτερα κρίσιμοι σε αυτήν την προσπάθεια, καθώς είναι ικανοί να γεφυρώνουν το χάσμα πληροφοριών μεταξύ των διαφορετικών στρωμάτων της υπολογιστικής στοίβας και έχουν συσσωρεύσει προοδευτικά τεχνογνωσία στην κατασκευή άκρως βελτιστοποιημένων συστημάτων - αυτό είναι ανεκτίμητο για το μέλλον του κβαντικού υπολογισμού.
Ως αρχιτέκτονας κβαντικών υπολογιστών που έχει εκπαιδευτεί τόσο στους κβαντικούς όσο και στους κλασικούς υπολογιστές, η μεταδιδακτορική μου έρευνα επικεντρώθηκε στην κατασκευή ενός υβριδικού οικοσυστήματος κβαντικής-κλασικής υπολογιστών για πρακτικό κβαντικό πλεονέκτημα. Αυτό περιλάμβανε τη μόχλευση κλασικών αρχών υπολογιστών τόσο στο υλικό όσο και στη φιλοσοφία, επιτρέποντάς μου να οδηγήσω συναρπαστικά κβαντικά έργα που στοχεύουν: α) Προσαρμοστικό μετριασμό σφαλμάτων και κλασική υποστήριξη για μεταβλητούς κβαντικούς αλγόριθμους (VAQEM, CAFQA και QISMET) β) Αποτελεσματική διαχείριση κβαντικών πόρων (QManager και Quancorde) και γ) Κλιμακόμενη αποκωδικοποίηση για κβαντική διόρθωση σφαλμάτων (Κλικ).
Για να τονίσουμε το CAFQA ως παράδειγμα: Οι μεταβλητοί κβαντικοί αλγόριθμοι είναι από τις πιο υποσχόμενες εφαρμογές για βραχυπρόθεσμο κβαντικό πλεονέκτημα και έχουν εφαρμογή σε μια ποικιλία προβλημάτων όπως η προσομοίωση κβαντικών συστημάτων πολλών σωμάτων. Τα VQA βασίζονται στην επαναληπτική βελτιστοποίηση ενός παραμετροποιημένου κυκλώματος σε σχέση με μια αντικειμενική συνάρτηση. Δεδομένου ότι οι κβαντικές μηχανές είναι θορυβώδεις και ακριβοί πόροι, είναι επιτακτική ανάγκη να επιλέγουμε κλασικά τις αρχικές παραμέτρους ενός VQA ώστε να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στη βέλτιστη, για να βελτιωθεί η ακρίβεια VQA και να επιταχυνθεί η σύγκλισή τους στις σημερινές συσκευές. Στο CAFQA, αυτές οι αρχικές παράμετροι επιλέγονται με αποτελεσματική και κλιμακωτή αναζήτηση μέσω του κλασικά προσομοιώσιμου τμήματος του κβαντικού χώρου (γνωστό ως χώρος Clifford) χρησιμοποιώντας μια τεχνική διακριτής αναζήτησης που βασίζεται στη Bayesian Optimization.
Επίπτωση
Πρώτον, αυτά τα έργα είχαν σημαντικό ποσοτικό αντίκτυπο. Στο παραπάνω παράδειγμα, η προετοιμασία των VQA με CAFQA ανακτά έως και το 99.99% της ανακρίβειας που χάθηκε σε προηγούμενες κλασικές προσεγγίσεις αρχικοποίησης τελευταίας τεχνολογίας. Ως άλλο παράδειγμα, προτείναμε έναν κρυογονικό αποκωδικοποιητή για κβαντική διόρθωση σφαλμάτων που ονομάζεται Clique, ο οποίος εξαλείφει το 70-99+% του εύρους ζώνης αποκωδικοποίησης διόρθωσης σφάλματος (μέσα και έξω από το ψυγείο αραίωσης) με πολύ χαμηλό κόστος υλικού. Οι άλλες προτάσεις μας έχουν επίσης επιφέρει σημαντικές βελτιώσεις στην κβαντική πιστότητα και τη συνολική απόδοση εκτέλεσης.
Δεύτερον, αυτές οι ερευνητικές κατευθύνσεις έχουν ανοίξει τις πόρτες για μια ποικιλία καινοτόμων ιδεών στη διασταύρωση του κβαντικού και του κλασικού υπολογισμού, διευρύνοντας δυνητικά τη συμμετοχή ερευνητών με ποικίλη κλασική εμπειρία στον υπολογιστή.
Πρόσθετη Έρευνα
Άλλοι τομείς έρευνας που επιδιώκω περιλαμβάνουν: α) Προσδιορισμό νέων κβαντικών εφαρμογών-στόχων που θα επωφεληθούν από την κλασική υποστήριξη. β) Διερεύνηση μιας ποικιλίας τεχνικών μετριασμού του θορύβου σε διαφορετικές κβαντικές τεχνολογίες. γ) Προσπάθεια περαιτέρω μείωσης των κβαντικών-κλασικών σημείων συμφόρησης στη διόρθωση σφαλμάτων. και δ) Διαχείριση ενός ποικίλου συνόλου εφαρμογών και τεχνολογίας στο κβαντικό νέφος.
