Gokul Subramanian Ravi
Gokul Subramanian Ravi começou o seu CIF Fellowship em setembro de 2020 após receber seu PhD (com foco em arquitetura de computadores) pela University of Wisconsin-Madison em agosto de 2020. Gokul está atualmente no Universidade de Chicago trabalhando em computação quântica com Frederico Chong, Professor Seymour Goodman de Ciência da Computação. Linkados são seus blogs em algoritmos quânticos variacionais e trazendo mais arquitetos de computadores clássicos no mundo quântico. Gokul está atualmente no mercado de trabalho acadêmico de 2022-23.
O restante deste post foi escrito por Gokul Ravi
Projeto atual
A computação quântica é um paradigma tecnológico disruptivo com potencial para revolucionar a computação e, portanto, o mundo. Ao longo de três décadas, a promessa da computação quântica tornou-se gradualmente mais forte por meio de avanços teóricos em algoritmos e avanços experimentais na tecnologia de dispositivos, ambos frequentemente buscados isoladamente.
Mas como os dispositivos quânticos estão se transformando da curiosidade de laboratório para a realidade técnica, é vital construir um ecossistema de computação que deve aprimorar ativamente os recursos fundamentais e limitados de curto prazo (NISQ: Noisy Intermediate Scale Quantum) e longo prazo (FT: Fault Tolerant) máquinas quânticas, de uma maneira bem familiarizada com as necessidades das aplicações quânticas de destino. Os arquitetos de computador são especialmente críticos para esse empreendimento, pois são hábeis em preencher a lacuna de informações entre as diferentes camadas da pilha de computação e acumularam progressivamente experiência na construção de sistemas altamente otimizados altamente restritos - isso é inestimável para o futuro da computação quântica.
Como arquiteto de computadores quânticos treinado em computação quântica e clássica, minha pesquisa de pós-doutorado se concentrou na construção de um ecossistema híbrido de computação quântica-clássica para vantagens quânticas práticas. Isso envolveu o aproveitamento dos princípios clássicos de computação tanto em material quanto em filosofia, permitindo-me liderar projetos quânticos empolgantes visando: a) Mitigação adaptativa de erros e suporte clássico para algoritmos quânticos variacionais (VAQEM, CAFQA e QISMET); b) Gerenciamento eficiente de recursos quânticos (QManager e Quancord); e c) Decodificação escalável para correção de erros quânticos (Panelinha).
Para destacar o CAFQA como exemplo: Algoritmos quânticos variacionais estão entre as aplicações mais promissoras para vantagem quântica de curto prazo e têm aplicação em uma variedade de problemas, como a simulação de sistemas quânticos de muitos corpos. Os VQAs dependem da otimização iterativa de um circuito parametrizado em relação a uma função objetivo. Como as máquinas quânticas são recursos barulhentos e caros, é imperativo escolher classicamente os parâmetros iniciais de um VQA para serem o mais próximo possível do ideal, para melhorar a precisão do VQA e acelerar sua convergência nos dispositivos atuais. No CAFQA, esses parâmetros iniciais são escolhidos por uma busca eficiente e escalável através da porção classicamente simulável do espaço quântico (conhecida como espaço de Clifford) usando uma técnica de busca discreta baseada em otimização bayesiana.
Impacto
Em primeiro lugar, esses projetos mostraram um impacto quantitativo significativo. No exemplo acima, inicializar VQAs com CAFQA recupera até 99.99% da imprecisão perdida em abordagens de inicialização clássicas de última geração. Como outro exemplo, propusemos um decodificador criogênico para correção de erros quânticos chamado Clique, que elimina 70-99+% da largura de banda de decodificação da correção de erros (dentro e fora do refrigerador de diluição) a um custo de hardware muito baixo. Nossas outras propostas também produziram melhorias substanciais na fidelidade quântica e na eficiência geral da execução.
Em segundo lugar, essas direções de pesquisa abriram portas para uma variedade de novas ideias na interseção da computação quântica e clássica, ampliando potencialmente a participação de pesquisadores com diversos conhecimentos de computação clássica.
Pesquisa Adicional
Outras áreas de pesquisa que estou desenvolvendo incluem: a) Identificação de novas aplicações quânticas alvo que se beneficiarão do suporte clássico; b) Explorar uma variedade de técnicas de mitigação de ruído em diferentes tecnologias quânticas; c) Tentar reduzir ainda mais os gargalos quântico-clássicos de correção de erros; e d) Gerenciar um conjunto diversificado de aplicativos e tecnologias na nuvem quântica.
