Gokul Subramanian Ravi
Gokul Subramanian Ravi iniziò il suo Borsa di studio CI nel settembre 2020 dopo aver conseguito il dottorato di ricerca (incentrato sull'architettura dei computer) presso la University of Wisconsin-Madison nell'agosto 2020. Gokul è attualmente al University of Chicago lavorando sull'informatica quantistica con Federico Chong, Professore Seymour Goodman di Informatica. Collegati sono i suoi blog su algoritmi quantistici variazionali e portandone di più architetti informatici classici nel mondo quantistico. Gokul è attualmente nel mercato del lavoro accademico 2022-23.
Il resto di questo post è scritto da Gokul Ravi
Progetto attuale
L’informatica quantistica è un paradigma tecnologico dirompente con il potenziale di rivoluzionare l’informatica, e quindi il mondo. Nel corso di tre decenni, la promessa dell’informatica quantistica è diventata gradualmente più forte attraverso i progressi teorici negli algoritmi e i progressi sperimentali nella tecnologia dei dispositivi, entrambi spesso perseguiti in modo isolato.
Ma poiché i dispositivi quantistici si stanno trasformando da curiosità di laboratorio a realtà tecnica, è fondamentale costruire un ecosistema informatico che migliori attivamente le capacità fondamentali e limitate delle capacità a breve termine (NISQ: Noisy Intermediate Scale Quantum) e a lungo termine (FT: Fault Tolerant) macchine quantistiche, in modo da conoscere bene le esigenze delle applicazioni quantistiche target. Gli architetti informatici sono particolarmente critici in questo sforzo poiché sono abili nel colmare il divario di informazioni tra i diversi strati dello stack di calcolo e hanno progressivamente accumulato esperienza nella costruzione di sistemi altamente ottimizzati strettamente vincolati: questo ha un valore inestimabile per il futuro dell’informatica quantistica.
In qualità di architetto informatico quantistico formato sia nell'informatica quantistica che in quella classica, la mia ricerca post-dottorato si è concentrata sulla costruzione di un ecosistema informatico ibrido quantistico-classico per un vantaggio quantistico pratico. Ciò ha comportato lo sfruttamento dei principi informatici classici sia nei materiali che nella filosofia, consentendomi di condurre entusiasmanti progetti quantistici mirati a: a) Mitigazione adattiva degli errori e supporto classico per algoritmi quantistici variazionali (VAQEM, CAFQA ed QISMET); b) Gestione efficiente delle risorse quantistiche (QManager ed Quancorde); e c) Decodifica scalabile per la correzione degli errori quantistici (Fare clic).
Per evidenziare CAFQA come esempio: gli algoritmi quantistici variazionali sono tra le applicazioni più promettenti per il vantaggio quantistico a breve termine e trovano applicazione in una varietà di problemi come la simulazione di sistemi quantistici a molti corpi. I VQA si basano sull'ottimizzazione iterativa di un circuito parametrizzato rispetto a una funzione obiettivo. Poiché le macchine quantistiche sono risorse rumorose e costose, è imperativo scegliere in modo classico i parametri iniziali di una VQA affinché siano il più vicino possibile a quelli ottimali, per migliorare la precisione della VQA e accelerare la loro convergenza sui dispositivi odierni. In CAFQA, questi parametri iniziali vengono scelti effettuando una ricerca efficiente e scalabile attraverso la porzione classicamente simulabile dello spazio quantistico (noto come spazio di Clifford) utilizzando una tecnica di ricerca discreta basata sull'ottimizzazione bayesiana.
Impact
Innanzitutto, questi progetti hanno mostrato un impatto quantitativo significativo. Nell'esempio precedente, l'inizializzazione dei VQA con CAFQA recupera fino al 99.99% dell'imprecisione persa nei precedenti approcci di inizializzazione classici all'avanguardia. Come altro esempio, abbiamo proposto un decodificatore criogenico per la correzione degli errori quantistici chiamato Clique, che elimina oltre il 70-99% della larghezza di banda di decodifica per la correzione degli errori (dentro e fuori dal frigorifero di diluizione) a un costo hardware molto basso. Anche le nostre altre proposte hanno prodotto miglioramenti sostanziali alla fedeltà quantistica e all’efficienza complessiva dell’esecuzione.
In secondo luogo, queste direzioni di ricerca hanno aperto le porte a una varietà di nuove idee all’intersezione tra l’informatica quantistica e quella classica, ampliando potenzialmente la partecipazione di ricercatori con diverse competenze nell’informatica classica.
Ricerca aggiuntiva
Altre aree di ricerca che sto perseguendo includono: a) Identificazione di nuove applicazioni quantistiche target che trarranno beneficio dal supporto classico; b) Esplorare una varietà di tecniche di mitigazione del rumore su diverse tecnologie quantistiche; c) Cercare di ridurre ulteriormente i colli di bottiglia della correzione degli errori quantistici-classici; e d) Gestire un insieme diversificato di applicazioni e tecnologie nel cloud quantistico.
