Gokul Subramaniaanse Ravi
Gokul Subramaniaanse Ravi begon de zijne CIfellowship in september 2020 na het behalen van zijn doctoraat (gericht op computerarchitectuur) aan de Universiteit van Wisconsin-Madison in augustus 2020. Gokul is momenteel bij de University of Chicago werken aan quantum computing met Frederic Thong, Seymour Goodman-professor van Informatica. Gelinkt zijn zijn blogs op variatie kwantumalgoritmen en meer brengen klassieke computerarchitecten in de kwantumwereld. Gokul bevindt zich momenteel op de academische arbeidsmarkt van 2022-23.
De rest van dit bericht is geschreven door Gokul Ravi
Huidige project
Quantumcomputing is een ontwrichtend technologisch paradigma met het potentieel om een revolutie teweeg te brengen in de informatica, en daarmee in de wereld. Gedurende drie decennia is de belofte van kwantumcomputing geleidelijk sterker geworden door theoretische vooruitgang in algoritmen en experimentele vooruitgang in apparaattechnologie, beide vaak afzonderlijk nagestreefd.
Maar aangezien kwantumapparaten transformeren van laboratoriumnieuwsgierigheid naar technische realiteit, is het van vitaal belang om een computerecosysteem te bouwen dat de fundamentele, beperkte mogelijkheden van kortetermijn (NISQ: Noisy Intermediate Scale Quantum) en lange termijn (FT: Fault Tolerant) kwantummachines, op een manier die goed bekend is met de behoeften van beoogde kwantumtoepassingen. Computerarchitecten zijn bijzonder kritisch voor dit streven, omdat ze bedreven zijn in het overbruggen van de informatiekloof tussen de verschillende lagen van de computerstack en steeds meer expertise hebben opgebouwd in het bouwen van strak beperkte, sterk geoptimaliseerde systemen - dit is van onschatbare waarde voor de toekomst van kwantumcomputing.
Als een kwantumcomputerarchitect die is opgeleid in zowel kwantum- als klassieke computers, heeft mijn postdoctoraal onderzoek zich gericht op het bouwen van een hybride kwantum-klassiek computerecosysteem voor praktisch kwantumvoordeel. Dit omvatte het benutten van klassieke computerprincipes in zowel materiaal als filosofie, waardoor ik spannende kwantumprojecten kon leiden gericht op: a) Adaptieve foutbeperking en klassieke ondersteuning voor variatie-kwantumalgoritmen (VAKEM, CAFQA en QISMET); b) Efficiënt beheer van kwantumbronnen (QManager en Quacorde); en c) schaalbare decodering voor kwantumfoutcorrectie (Klikken).
Om CAFQA als voorbeeld te noemen: Variationele kwantumalgoritmen behoren tot de meest veelbelovende toepassingen voor kwantumvoordeel op korte termijn en kunnen worden toegepast bij een verscheidenheid aan problemen, zoals de simulatie van kwantumveeldeeltjessystemen. VQA's vertrouwen op de iteratieve optimalisatie van een geparametriseerde schakeling met betrekking tot een objectieve functie. Aangezien kwantummachines lawaaierige en dure bronnen zijn, is het absoluut noodzakelijk om klassiek de initiële parameters van een VQA zo dicht mogelijk bij optimaal te kiezen, om de VQA-nauwkeurigheid te verbeteren en hun convergentie op de apparaten van vandaag te versnellen. In CAFQA worden deze initiële parameters gekozen door efficiënt en schaalbaar te zoeken in het klassiek simuleerbare deel van de kwantumruimte (bekend als de Clifford-ruimte) met behulp van een op Bayesiaanse optimalisatie gebaseerde discrete zoektechniek.
Impact
Ten eerste hebben deze projecten een aanzienlijke kwantitatieve impact laten zien. In het bovenstaande voorbeeld herstelt het initialiseren van VQA's met CAFQA maar liefst 99.99% van de onnauwkeurigheid die verloren ging in eerdere, geavanceerde klassieke initialisatiebenaderingen. Als ander voorbeeld stelden we een cryogene decoder voor kwantumfoutcorrectie voor, Clique genaamd, die 70-99+% van de foutcorrectiedecoderingsbandbreedte (in en uit de verdunningskoelkast) elimineert tegen zeer lage hardwarekosten. Onze andere voorstellen hebben ook geleid tot substantiële verbeteringen in kwantumgetrouwheid en algehele uitvoeringsefficiëntie.
Ten tweede hebben deze onderzoeksrichtingen deuren geopend voor een verscheidenheid aan nieuwe ideeën op het snijvlak van kwantum- en klassieke informatica, waardoor de deelname van onderzoekers met diverse klassieke informatica-expertise mogelijk wordt verbreed.
Aanvullend onderzoek
Andere onderzoeksgebieden die ik nastreef, zijn onder meer: a) Identificatie van nieuwe doelkwantumtoepassingen die baat zullen hebben bij klassieke ondersteuning; b) het onderzoeken van verschillende geluidsbeperkingstechnieken op verschillende kwantumtechnologieën; c) Proberen kwantumklassieke knelpunten voor foutcorrectie verder te verminderen; en d) het beheren van een diverse set applicaties en technologie in de kwantumcloud.
