Gostujoča kolumna Quantum Particulars: »Onkraj HPC, pred kvantom: Laserska obdelava se pojavlja kot prelomna rešitev za kompleksne izzive optimizacije« – Inside Quantum Technology

»Quantum Particulars« je uredniška gostujoča rubrika, ki vsebuje ekskluzivne vpoglede in intervjuje s kvantnimi raziskovalci, razvijalci in strokovnjaki, ki obravnavajo ključne izzive in procese na tem področju. Ta članek, ki ga je napisal Ruti Ben-Shlomi, izvršni direktor in soustanovitelj LightSolver, se osredotoča na lasersko obdelavo kot prednost kvantnega računalništva. 

Podjetja si nenehno prizadevajo izboljšati učinkovitost, povečati produktivnost in zmanjšati stroške. V mnogih primerih pa je doseganje teh ciljev odvisno od strogih zmožnosti optimizacije. Vzemimo za primer dostavo zadnjega kilometra ali pošiljanje ekipe servisnih tehnikov na stotine lokacij: če želijo ustvariti zelo učinkovite poti in urnike, morajo podjetja rešiti probleme kombinatorne optimizacije. Izziv te vrste izračunov je, da so NP-trdi, kar pomeni, da eksponentno naraščajo, ko število spremenljivk in omejitev raste. Na primer, obstaja več kot 1094 načini razdelitve 10 delovnih mest med skupino sedmih servisnih tehnikov na terenu – velikost problema, ki presega zmogljivosti trenutnih računalnikov.

Medtem ko se zdi, da so klasični superračunalniki dosegli svojo računalniško mejo, kvantni računalniki še niso razširljivi ali praktični za reševanje kompleksnih problemov v resničnem svetu. Kar potrebujemo, je boljši način reševanja takšnih problemov zdaj – in ne samo logističnih izzivov, ampak problemov, ki segajo v obseg od optimizacije finančnega portfelja in izboljšave modeliranja tveganj do odkrivanja zdravil in izboljšane znanosti o materialih.

Na srečo je danes na voljo nova kvantna tehnologija, ki izkorišča moč laserjev za hitrejše računanje kot najmočnejši klasični in kvantni računalniki. Ta nova računalniška paradigma je brez elektronskih komponent, obljublja, da bo presegla omejitve klasičnega visokozmogljivega računalništva (HPC) in ponuja bolj praktično rešitev kot kvantno računalništvo za reševanje zapletenih problemov optimizacije.

Onkraj meja HPC in Quantum

Klasični računalniki rešujejo probleme optimizacije z uporabo aproksimacijskih tehnik, kar ima za posledico rešitve z ogroženo kakovostjo in časi obdelave, ki eksponentno naraščajo z velikostjo problema in hitro presežejo zgornje meje današnjih HPC-jev. Tudi najmočnejši superračunalniki, ki se ponašajo z zmogljivostjo, ki presega sto kvadrilijonov FLOPS, morda trčijo ob zid ter zahtevajo tudi nevzdržne količine energije in hlajenja. Posledično veliko podjetij ne more izkoristiti obilice podatkov, ki so danes na voljo, in resnično izboljšati svojega poslovanja. 

Kvantni računalniki veliko obetajo, vendar še niso cenovno dostopni ali razširljivi. Imajo tudi ne-trivialne inženirske izzive, kot je potreba po okoljih z ultra visokim vakuumom, specializiranih komponentah in zapletenih stabilizacijskih sistemih, ki vključujejo ultra-hladne pogoje. Kljub prizadevanjem za izpolnitev teh zahtevnih zahtev so kvantni računalniki še vedno nagnjeni k napakam in ustreznemu zmanjšanju zanesljivosti in natančnosti.

Nekateri kvantni žarilniki so zdaj na voljo v oblaku, vendar se večina od njih sooča z izzivi glede zmogljivosti in razširljivosti zaradi omejene povezljivosti, kar ovira njihovo sposobnost učinkovitega reševanja zapletenih problemov v resničnem svetu.

Svetla rešitev z laserjem

Laserska obdelava je nova računalniška paradigma, ki za računalniške naloge uporablja sklopljene laserje. Ne zahteva nobenih elektronskih komponent in ponuja številne prednosti pred običajnimi računalniškimi pristopi, kot so večja hitrost obdelave, izboljšana natančnost, nizka poraba energije, razširljivost in delovanje v okoljskih pogojih. 

Kako deluje?

Laserji lahko rešujejo matematične probleme, ki jih je mogoče izraziti kot kvadratno neomejeno binarno optimizacijo (QUBO) ali Isingov model. Lasersko računalništvo deluje tako, da kodira omejitve problema v relativne faze laserjev. Fazna stanja nato medsebojno delujejo z uklonom svetlobe od in med posameznimi laserji na način, ki ga je mogoče nadzorovati, kar omogoča tesno sklopljena laserska matrika. Ta zasnova zagotavlja popolno povezljivost med vsemi laserji, kar omogoča parne interakcije med vrtenjem vseh na vseh v napravi velikosti namizja. 

Zaradi valovne narave laserjev in specializiranega procesa kartiranja se laserski žarki neopazno zbližajo proti stanju minimalne izgube energije, ki ustreza rešitvi problema in ki ga lahko prebere kamera. Najboljše od vsega pa je, da lahko laserji podobno kot kvantni računalniki vzporedno računajo različne rešitve in tako rezultate izračunavajo s svetlobno hitrostjo, bistveno hitreje kot druge tehnike.

Za razliko od kvantnih sistemov pa laserski superračunalnik ni občutljiv na okoljske razmere in mu ni treba delovati v ultravisokem vakuumu. Dokazuje tudi izjemno razširljivost brez potrebe po povečanju velikosti naprave. Kompaktna velikost rešitev za lasersko obdelavo, ki so zgrajene s komercialno dostopnimi komponentami, olajša tudi njihovo dostopnost. Vse te prednosti utirajo pot za širšo uporabo, ne le za aplikacije na domu, ampak tudi za primere uporabe interneta stvari, kot so avtonomna vozila, ter uvedbo na terenu na naftnih ploščadih in drugih oddaljenih lokacijah. 

Pogled naprej na lasersko obdelavo

V nedavnih merilih uspešnosti je laserska obdelava pokazala svojo sposobnost reševanja NP-težkih problemov. To je monumentalen dosežek, ki daje zgodnji znak, da ima laserska obdelava ogromen računalniški potencial. Ko se bo še naprej razvijal in razvijal, bi lahko revolucioniral področje računalništva in rešil težave, ki so se nekoč zdele nerešljive. 

Velika tehnološka podjetja, kot so IBM, Microsoft in Google, pospešeno tekmujejo pri izdelavi zanesljivih kvantnih računalnikov, vendar ta nova paradigma, ki uporablja obstoječo, preizkušeno lasersko tehnologijo, danes rešuje težave v resničnem svetu. Podjetjem lahko pomaga ohraniti vire, povečati prihodke in zmanjšati porabo energije, zmogljivosti, ki so nujno potrebne v trenutnem gospodarsko zahtevnem okolju. Lasersko procesiranje postaja sestavni del superračunalniške pokrajine in je v dobrem položaju, da bo v prihodnjih letih prehitelo HPC in kvantno računalništvo.

Ruti Ben-Shlomi, doktorica znanosti, je fizičarka in izvršna direktorica podjetja LightSolver, ki ga je soustanovila z dr. Chene Tradonsky leta 2020 po izumu prvega LPU. Pred LightSolver, Ruti je leta 2019 doktorirala iz kvantne in atomske/molekularne fizike na Weizmannovem inštitutu za znanost v Izraelu. Leta 2011 je magistrirala iz fizike na univerzi Ben-Gurion v Negevu, potem ko je iz nič zasnovala in zgradila sistem ultrahladnih atomov. Med diplomami je Ruti delal kot procesni inženir za Intel. 

Kategorije:
Gostujoči članek, fotonika, kvantno računalništvo, Raziskave

Tags:
laserji, LightSolver, Ruti Ben-Shlomi

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: 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/