Uudet horisontit kutsuvat Ison-Britannian kvanttilaskentaan – Physics World

Kun Ison-Britannian kvanttiyhteisön johtavat hahmot kokoontuivat Edinburghiin juhlimaan maan ensimmäisen kvanttiohjelmistoille omistetun tutkimuskeskuksen käynnistämistä, oli käsinkosketeltava tunne, että kvanttilaskennan kehitys Isossa-Britanniassa on siirtymässä uuteen ja laajaan suuntaan. vaihe. Huhtikuussa pidetty Edinburghin tapahtuma pidettiin vain kuukausi UK:n julkaisun jälkeen Kansallinen kvanttistrategia, joka sitoo 2.5 miljardia puntaa uusia varoja kvanttiteknologioiden kehittämiseen 10 vuoden aikana vuodesta 2024 alkaen.

Tämä lisäinvestointi yli kaksinkertaistaa Yhdistyneen kuningaskunnan jatkuvan tuen kvanttitutkimukselle ja -innovaatiolle. National Quantum Technologies Program (NQTP) on jo myöntänyt valtion rahoitusta noin miljardi puntaa vuodesta 1 lähtien. Uuden strategian tavoitteena on myös hyödyntää viimeisten 2014 vuoden aikana saavutettua nopeaa edistystä – sekä teknisten saavutusten että elinvoimaisen ja yhteistyökykyisen kvanttiekosysteemin syntymisen osalta. painotetaan enemmän läpimurtotieteen muuntamista käytännön kvanttitietokoneiksi, jotka tuottavat todellista arvoa yhteiskunnalle ja taloudelle.

"Meillä on joitakin tärkeitä kysymyksiä vastattavana", sanoi Sir Peter Knight Lontoon Imperial Collegesta, uuden strategisen kehyksen ja NQTP:n johtava arkkitehti. "Mihin kvanttitietokone on hyvä? Kuinka vertaamme ja vahvistamme suorituskykyä? Mihin meidän pitäisi keskittää ponnistelumme nopeiden ja arvokkaiden tulosten saavuttamiseksi?"

Quantum Software Lab (QSL) pyrkii vastaamaan joihinkin näistä kysymyksistä keskittyen tutkimaan käytännön tapoja hyödyntää kvanttilaskentaa sellaisten ongelmien ratkaisemiseksi, jotka ovat klassisten koneiden ulottumattomissa. Laboratorio, jota isännöi Edinburghin yliopiston informatiikkakoulu, on perustettu yhteistyössä Kansallinen kvanttilaskentakeskus (NQCC), ja sen tavoitteena on nopeuttaa kvanttilaskennan kehitystä ja käyttöönottoa tekemällä yhteistyötä alan kumppaneiden kanssa kääntääkseen heidän kiusallisimmat laskennalliset haasteensa käyttötapauksiksi, jotka voidaan ratkaista kvanttilaskennan avulla.

"Haluamme ymmärtää eri toimialojen kipukohdat", sanoi QSL:n johtaja Elham Kashefi. Kashefi on kvanttilaskennan professori Edinburghin yliopistossa ja CNRS-tutkimuksen johtaja Pariisin Sorbonnen yliopistossa, ja hänet nimitettiin NQCC:n päätutkijaksi marraskuussa 2022. ”Tämän avulla voimme kehittää käyttötapauksia ja sovelluksia kvantille. laskenta, joka ratkaisee todelliset ongelmat."

Nämä tavoitteet ovat linjassa NQCC:n käyttäjien sitouttamisohjelman kanssa, nimeltään SparQ, jonka tavoitteena on tutkia kvanttilaskennan käytännön sovelluksia teknologian mahdollisten loppukäyttäjien tietoisuuden ja taitojen lisäämiseksi. SparQ-ohjelma tarjoaa pääsyn uusiin kvanttilaskentaresursseihin sekä koulutus- ja verkottumismahdollisuuksiin, ja QSL-tiimi työskentelee tiiviissä yhteistyössä NQCC:n innovaatioasiantuntijoiden ja sovellusinsinöörien kanssa tunnistaakseen ja kehittääkseen käyttötapauksia, joissa kvanttilaskenta voi tarjota todistettavaa hyötyä klassisiin ratkaisuihin verrattuna. "Tämä yhteinen pyrkimys luo ydintutkimuskapasiteetin vastaamaan joihinkin kvanttiohjelmistojen kehittämisen keskeisiin haasteisiin, mikä tasoittaa tietä kvanttilaskennan käytännön sovelluksille, joilla voi olla todellinen vaikutus alaan", kommentoi NQCC:n johtaja Michael Cuthbert. . "QSL-asiantuntemus auttaa edistämään käyttäjien omaksumista ja tarjoaa tavan osoittaa kvanttietu."

Luomalla kvanttiohjelmistokehityksen keskipisteen Isoon-Britanniaan QSL pyrkii houkuttelemaan uusia tutkijalahjakkuuksia, tarjoamaan koulutusta seuraavan sukupolven kvanttikehittäjille sekä tarjoamaan tieteellisen asiantuntemuksen lähteen laajemmalle kvanttiyhteisölle. Jollain tapaa se täyttää aukon Yhdistyneen kuningaskunnan kvanttimaisemassa, kun NQTP:n alkuvuodet keskittyivät suurelta osin uusien qubit-arkkitehtuurien esittelyyn ja kvanttialgoritmien kehittämiseen tiettyjen laskentatehtävien suorittamiseen. Nyt kun painopiste on siirtynyt käytännöllisten kvanttitietokoneiden rakentamiseen, tarvitaan enemmän ohjelmistoja, jotka ohjaavat ydinkvanttiprosessoreja, karakterisoivat ja vähentävät kohinan aiheuttamia virheitä sekä tarjoavat kriittisiä yhteyksiä kvanttilaitteiston ja klassisen laskentainfrastruktuurin välille.

"Kvanttiohjelmisto on liima, joka yhdistää kaikki kvanttitietokoneen eri elementit", kommentoi Matthias Christandl Kööpenhaminan yliopistosta. European Quantum Software Institute, puhuu julkaisutapahtumassa. "Kvanttilaitteiston huomattavan voiman hyödyntäminen vaatii kvanttiohjelmistojen tutkijoiden kekseliäisyyttä, ja laitteiston ja ohjelmiston yhteiskehittäminen on myös ratkaisevan tärkeää, kun erilaiset qubit-arkkitehtuurit kehittyvät edelleen."

Vaikka QSL työskentelee yhteistyössä NQCC:n kanssa tutkiakseen erityisiä käyttötapauksia eri teollisuudenaloilla, se kehittää myös yleisiä teoreettisia ja matemaattisia lähestymistapoja, joita voidaan soveltaa eri laitteistoalustoille ja sovelluksille. Laboratoriossa suoritettava tutkimus tarjoaa perustavanlaatuisia tietoja NQCC-ohjelman seurantavaiheista kvanttiohjelmistoissa ja -sovelluksissa, ja se myös tasoittaa tietä Ison-Britannian ensimmäiselle turvalliselle ja todennettavissa olevalle hajautetulle pilvialusalle kvanttilaskentaan. "Meidän on pysyttävä avoimena ja sallittava sinitaivaan tutkimus", Kashefi sanoi. "Tieteen edistyminen voi mahdollistaa uusia sovelluksia, kun taas uudet sovellukset voivat inspiroida uusia tutkimussuuntia."

Yksi laboratorion tutkimusohjelman keskeisistä tavoitteista on kehittää työkaluja, joita tarvitaan osoittamaan, saavuttaako kvanttikäyttöinen ratkaisu todellisen suorituskyvyn perinteiseen supertietokoneeseen verrattuna. "Tarvitsemme muodollisia menetelmiä testataksemme, ratkaiseeko lähestymistapa ongelman ja tarjoaako se kvanttiedun", Kashefi sanoi. "Haluamme tutkia mahdollisten sovellusten universumia ja selvittää, missä kvanttietu voidaan saavuttaa ja missä ei."

Kashefi uskoo, että QSL:n löytötieteen tulokset auttavat ohjaamaan uusien ohjelmistoratkaisujen kehittämistä, joita voidaan käyttää todellisten ongelmien ratkaisemiseen. "Haluamme olla moottori, joka yhdistää kaiken", hän sanoi. Laboratorion yleisessä kehyksessä keskitytään selkeästi tiettyjen käyttötapausten muuntamiseen käytännöllisiksi ratkaisuiksi. Tiimin vanhemmat tutkijat ovat vastuussa alkukäyttötapausten määrittämisestä, vaatimusten muuntamisesta tutkimusongelmaksi, sopivien kvanttialgoritmien kehittämisestä ja optimoinnista ja sitten benchmarkingista. ratkaisu varmistaaksesi, että se täyttää sovelluksen vaatimukset. "Tavoitteenamme on luoda start-up-kulttuuria akateemisessa ympäristössä", Kashefi lisäsi.

Edinburghin yliopiston informatiikkakoulussa – jossain määrin Iso-Britannian suurimmassa – sijaitsevassa QSL:ssä on pääsy arvokkaaseen asiantuntemukseen kaikilla tietojenkäsittelytieteen aloilla. Noin 30 tutkijaa on jo mukana laboratoriossa, ja ryhmällä on myös suora yhteys EPCC:hen, yliopiston supertietokoneiden ja datatieteen huippuyksikköön. "Saadakseen parhaan hyödyn nykyisistä kvanttitietokoneista niiden on toimittava klassisessa laskentaympäristössä", sanoi Kashefi. "Tarvitsemme korkean suorituskyvyn laskennan asiantuntemusta auttaaksemme optimoimaan järjestelmäarkkitehtuuria ja ohjausjärjestelmiä sekä luomaan hajautettuja alustoja, jotka yhdistävät kvanttilaitteistot klassisiin laskentaresursseihin."

QSL-tiimillä on myös erinomaiset mahdollisuudet olla tekemisissä yliopiston tutkijoiden ja insinöörien kanssa, jotka työskentelevät kvanttilaskennan avulla ratkaistavissa tutkimusongelmissa, kuten kemian molekyylisimulaatioissa tai fysiikan monikeho-ongelmissa. Yleisemmällä tasolla tavoitteena on luoda avoin ympäristö, joka edistää yhteistyötä sekä akateemisten ryhmien että toimialakumppaneiden kanssa. "Haluamme, että tutkimuksellamme on mahdollisimman laaja vaikutus", sanoi Craig Skeldon, QSL:n liiketoiminnan kehityspäällikkö. "Tavoitteenamme on olla yhteydessä eri toimialojen loppukäyttäjiin käytännön ratkaisujen kehittämiseksi sekä innovatiivisia tuotteita kehittävien laitteisto- ja ohjelmistotoimittajien kanssa."

Laboratorion strateginen kumppanuus NQCC:n kanssa auttaa myös luomaan kvanttiohjelmistojen asiantuntijoiden yhteisön, jotka voivat työskennellä muiden sidosryhmien, mukaan lukien laitteistokehittäjien ja loppukäyttäjien kanssa hallituksessa, korkeakouluissa ja teollisuudessa, edistääkseen käytännön kvanttitietokoneiden kehittämistä ja käyttöönottoa. "Hyödyllisen kvanttitietokoneen kehittämiseen tarvitaan koko ekosysteemi", Kashefi totesi julkaisutapahtuman lopussa. "NQCC on QSL:n unelmakumppani, ja olemme valmiita haasteeseen."

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Tulevaisuuden lyöminen Adryenn Ashley. Pääsy tästä.
• Osta ja myy osakkeita PRE-IPO-yhtiöissä PREIPO®:lla. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/new-horizons-beckon-for-uk-quantum-computing/