IQT:n "Journal Club:" Maallikon opas kvanttisäiliölaskentaan

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

Uusi Nature Science Advances -paperi tarkastelee kvanttivarastolaskentaa ja sen vaikutuksia laskentaprosesseihin. (PC IQT)

By Kenna Hughes-Castleberry julkaistu 10

IQT:n "Journal Club" on viikoittainen artikkelisarja, joka katkaisee tuoreen kvanttiteknologian tutkimuspaperin ja käsittelee sen vaikutuksia kvanttiekosysteemiin.

Kvanttilaskennan valtakunta kuulostaa usein siltä, että se olisi revitty suoraan tieteiskirjallisuuden sivuilta, mutta se on hyvin todellinen ja kehittyy nopeasti. Uudessa Luonto tieteellisten kertomusten paperi, tutkijat klo IBM Quantum ja Thomas J. Watson Research Center keskittyvät nyt uuteen näkökohtaan nimeltä "Quantum Reservoir Computing". Ymmärtääksesi tämän, kuvitella valtava vesisäiliö, jossa aaltojen avulla voidaan ennustaa, mitä tapahtuu seuraavaksi – vain tässä tapauksessa vesi on hiukkasten kvanttitila, ja aallot ovat dataa.

Quantum Reservoir Computing on jännittävä edistysaskel kvanttialalla koneoppiminen, sopii erityisen hyvin sekvenssien ja kuvioiden ennustamiseen ajan mittaan, aivan kuten säämallien tai osakemarkkinoiden trendien ennustamiseen. Perinteiset tietokoneet kamppailevat näiden tehtävien kanssa, koska ne ovat lineaarisia ja järjestyksessä, mutta luonnollinen maailma - kuten pörssi or sää- – on monimutkainen ja usein kaoottinen.

Uusimmassa kehityksessä todella innovatiivista on "kohinan" käyttö kvanttijärjestelmässä. Arkielämässä melu on yleensä jotain, jota yritämme vähentää tai poistaa. Kvanttimaailmassa tätä kohinaa voidaan kuitenkin valjastaa ja hallita parempien ennusteiden tekemiseksi. On kuin radiosi staattinen jännite voisi yhtäkkiä kertoa sinulle, mikä kappale soitetaan seuraavaksi.

Tutkijat ovat kehittäneet tavan virittää tätä kvanttikohinaa säätämällä sitä ennusteiden parantamiseksi. Tämä tehdään ohjelmoimalla kohina kvanttipiireihin – reitteihin, jotka ohjaavat kvanttibittejä tai kubitteja, jotka ovat kvanttilaskennan perustietoyksiköitä. Hienosäätämällä kohinaa IBM Quantum -tutkijat pystyivät optimoimaan kvanttijärjestelmän suorituskyvyn.

Lisäksi tutkijat ovat löytäneet tapoja yksinkertaistaa näitä kvanttijärjestelmiä. Ne ovat vähentäneet tarvittavien kubittien määrää ja yhteyksiensä monimutkaisuutta (kietoutumista), mikä tekee järjestelmistä helpommin hallittavia ja mahdollisesti kestävämpiä.

Näiden kvanttisäiliölaskennan edistysten vaikutus näyttää jo lupaavalta. Yhtä kohinamallia ja pienempää muistia käyttämällä tiedemiehet ovat saavuttaneet vaikuttavia tuloksia monimutkaisten järjestelmien simuloinnissa. Yksi annettu esimerkki on Mackey-Glass -järjestelmä, joka on matemaattinen malli, jota käytetään kuvaamaan monimutkaisia järjestelmiä, kuten biologisia värähtelyjä. Tutkijat pystyivät ennustamaan sen käyttäytymistä 100 askelta eteenpäin niin kutsutussa kaoottisessa järjestelmässä – merkittävä haaste järjestelmän ennakoimattomuuden vuoksi.

Maallikon termein tämä on samanlaista kuin tarkastella hyvin monimutkaista kristallipalloa ja ennakoida tarkasti tapahtumia pitkälle tulevaisuuteen. Kvanttilaskentateollisuudelle nämä edistysaskeleet voivat tarkoittaa nopeampia, tehokkaampia ja tarkempia ennusteita kaikkeen sääennusteesta talousanalyysiin ja muuhunkin. Se on kiehtova välähdys tulevaisuuteen, jossa tietokoneemme voisivat ajatella enemmän kuin me: omaksua kaaoksen ja monimutkaisuuden hämmennyksen sijaan.

Kenna Hughes-Castleberry on Inside Quantum Technologyn ja JILAn Science Communicatorin (kumppanuus Colorado Boulderin yliopiston ja NIST:n välillä) kirjoittaja. Hänen kirjoitusalansa ovat syvätekniikka, kvanttilaskenta ja tekoäly. Hänen töitään on esitelty Scientific Americanissa, Discover Magazinessa, New Scientistissa, Ars Technicassa ja muissa.