Quantum Particulars vendégrovat: „A HPC-n túl, a kvantum előtt: a lézeres feldolgozás az áttörést jelentő megoldás a komplex optimalizálási kihívásokra” – Inside Quantum Technology

A „Quantum Particulars” egy szerkesztői vendégrovat, amely exkluzív betekintést és interjúkat tartalmaz kvantumkutatókkal, fejlesztőkkel és szakértőkkel, akik az e területen felmerülő kulcsfontosságú kihívásokat és folyamatokat vizsgálják. Ezt a cikket írta Ruti Ben-Shlomi, vezérigazgatója és társalapítója LightSolver, a lézeres feldolgozásra összpontosít, mint a kvantumszámítás egyik előnyére. 

A vállalkozások folyamatosan törekednek a hatékonyság javítására, a termelékenység növelésére és a költségek csökkentésére. Sok esetben azonban e célok elérése szigorú optimalizálási képességeken múlik. Vegyük például az utolsó mérföldes kézbesítést vagy egy szerviztechnikus csapat kiküldését több száz helyre: A rendkívül hatékony útvonalak és menetrendek létrehozásához a vállalkozásoknak meg kell oldaniuk a kombinatorikus optimalizálási problémákat. Az ilyen típusú számításokkal kapcsolatos kihívás az, hogy NP-nehezek, ami azt jelenti, hogy exponenciálisan nőnek a változók és a megszorítások számának növekedésével. Például több mint 1094 10 állás felosztásának módjai hét helyszíni szerviztechnikusból álló csapat között – a probléma mérete meghaladja a jelenlegi számítógépek képességeit.

Míg úgy tűnik, hogy a klasszikus szuperszámítógépek elérték számítási határukat, a kvantumszámítógépek még nem méretezhetők és nem praktikusak a valós világ összetett problémáinak megoldására. Jobb módszerre van szükségünk az ilyen problémák megoldására Most – és nem csak a logisztikai kihívások, hanem a pénzügyi portfólió optimalizálásától és kockázatmodellezési fejlesztésétől a gyógyszerkutatásig és a továbbfejlesztett anyagtudományig terjedő problémák is.

Szerencsére ma már elérhető egy új, kvantum-ihlette technológia, amely a lézerek erejét a legerősebb klasszikus és kvantumszámítógépeknél gyorsabb számításra használja fel. Ez az új számítási paradigma mentes az elektronikus alkatrészektől, azt ígéri, hogy túllép a klasszikus nagy teljesítményű számítástechnika (HPC) korlátain, és a kvantumszámításnál praktikusabb megoldást kínál bonyolult optimalizálási problémák megoldására.

A HPC és a kvantum határain túl

A klasszikus számítógépek az optimalizálási problémákat közelítési technikák segítségével oldják meg, ami kompromisszumos minőségű és feldolgozási idővel rendelkező megoldásokat eredményez, amelyek a probléma méretével exponenciálisan nőnek, gyorsan túllépve a mai HPC-k felső határát. Még a legerősebb is a száz kvadrillió FLOPS-t meghaladó teljesítménnyel büszkélkedő szuperszámítógépek falnak ütközhetnek és fenntarthatatlan mennyiségű áramot és hűtést is igényelnek. Ennek eredményeként sok vállalkozás nem tudja kihasználni a ma rendelkezésre álló rengeteg adatot, és valóban javítani tudja vállalkozását. 

A kvantumszámítógépek nagy ígéretet mutatnak, de még nem megfizethetőek és nem méretezhetők. Nem triviális mérnöki kihívásokkal is szembesülnek, mint például az ultranagy vákuumú környezetek, a speciális alkatrészek és az ultrahideg körülményeket is magában foglaló bonyolult stabilizációs rendszerek iránti igény. Annak ellenére, hogy igyekeznek kielégíteni ezeket az igényes követelményeket, a kvantumszámítógépek továbbra is hajlamosak a hibákra, és ennek megfelelően csökken a megbízhatóság és a pontosság.

Néhány kvantumhangoló már elérhető a felhőben, de a legtöbbjük teljesítmény- és méretezhetőségi nehézségekkel küzd a korlátozott kapcsolat miatt, ami akadályozza a valós világ összetett problémáinak hatékony kezelését.

Fényes megoldás lézerrel

A lézeres feldolgozás egy új számítási paradigma, amely csatolt lézereket alkalmaz számítási feladatokhoz. Nem igényel elektronikus alkatrészeket, és számos előnnyel rendelkezik a hagyományos számítástechnikai megközelítésekkel szemben, például gyorsabb feldolgozási sebességet, nagyobb pontosságot, alacsony energiafogyasztást, skálázhatóságot és környezeti feltételek melletti működést. 

Hogyan működik?

A lézerek olyan matematikai feladatokat tudnak megoldani, amelyek másodfokú, nem kötött bináris optimalizálás (QUBO) vagy Ising-modell formájában fejezhetők ki. A lézeres számítástechnika úgy működik, hogy a probléma korlátait a lézerek relatív fázisaiba kódolja. A fázisállapotok ezután kölcsönhatásba lépnek úgy, hogy az egyes lézerekből származó és közöttük lévő fényt szabályozható módon eltérítik, amit egy szorosan összekapcsolt lézersor segít. Ez a kialakítás biztosítja a teljes kapcsolódást az összes lézer között, lehetővé téve a páronkénti, mindenre kiterjedő spin interakciót egy asztali méretű eszközön belül. 

A lézerek hullámtermészetének és a speciális leképezési eljárásnak köszönhetően a lézersugarak zökkenőmentesen konvergálnak a probléma megoldásának megfelelő, kamerával leolvasható minimális energiaveszteségű állapot felé. A legjobb az egészben, hogy a kvantumszámítógépekhez hasonlóan a lézerek is képesek párhuzamosan különböző megoldásokat kiszámolni, így fénysebességgel, lényegesen gyorsabban számítanak ki eredményeket, mint más technikák.

A kvantumrendszerekkel ellentétben azonban a lézer alapú szuperszámítógép nem érzékeny a környezeti feltételekre, és nem kell ultranagy vákuumban működnie. Figyelemreméltó skálázhatóságot is mutat az eszköz méretének növelése nélkül. A lézeres megmunkálási megoldások kompakt mérete, amelyek kereskedelmi forgalomban kapható komponensekből épülnek fel, ezek hozzáférhetőségét is megkönnyíti. Mindezek az előnyök megnyitják az utat a szélesebb körű elterjedéshez, nem csak a helyszíni alkalmazásokhoz, hanem az IoT-használati esetekhez, például az autonóm járművekhez, valamint az olajfúrótornyokon és más távoli helyeken való helyszíni telepítéshez is. 

Előretekintés a lézeres feldolgozásban

A legutóbbi benchmarkok során a lézeres feldolgozás bebizonyította, hogy képes megoldani az NP-nehéz problémákat. Ez óriási teljesítmény, amely korán jelzi, hogy a lézeres feldolgozás hatalmas számítási potenciállal rendelkezik. Ahogy folyamatosan fejlődik és fejlődik, forradalmasíthatja a számítástechnika területét, és megoldhatja az egykor megoldhatatlannak hitt problémákat. 

Az olyan nagy technológiai vállalatok, mint az IBM, a Microsoft és a Google, sietve versenyeznek megbízható kvantumszámítógépek megépítésén, de ez az új paradigma, amely a meglévő, bevált lézertechnológiát használja, ma már valós problémákat old meg. Segíthet a vállalatoknak megőrizni az erőforrásokat, növelni a bevételeket és csökkenteni az energiafogyasztást, amelyekre a jelenlegi gazdasági kihívásokkal teli környezetben nagy szükség van. A lézeres feldolgozás a szuperszámítástechnikai környezet szerves részévé válik, és jó helyzetben van ahhoz, hogy az elkövetkező években megelőzze mind a HPC, mind a kvantumszámítástechnikát.

Ruti Ben-Shlomi, PhD, fizikus és a LightSolver vezérigazgatója, amelyet Dr. Chene Tradonskyval közösen alapított 2020-ban, miután feltalálta az első LPU-t. Megelőzően LightSolver, Ruti 2019-ben szerzett PhD fokozatot kvantum- és atom-/molekuláris fizikából az izraeli Weizmann Institute of Science-ben. 2011-ben szerzett MSc fokozatot fizikából a negevi Ben-Gurion Egyetemen, miután a semmiből tervezett és felépített egy ultrahideg atomrendszert. Ruti két évfolyamon az Intelnél dolgozott folyamatmérnökként. 

Kategóriák:
Vendég cikk, fotonikára, kvantumszámítás, kutatás

Címkék:
lézerek, LightSolver, Ruti Ben-Shlomi

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/quantum-particulars-guest-column-beyond-hpc-ahead-of-quantum-laser-processing-emerges-as-the-breakthrough-solution-for-complex-optimization-challenges/