Gokul Subramanian Ravi
Gokul Subramanian Ravi började hans CIFellowship i september 2020 efter att ha tagit sin doktorsexamen (inriktad på datorarkitektur) från University of Wisconsin-Madison i augusti 2020. Gokul är för närvarande på University of Chicago arbetar med kvantdatorer med Frederic Chong, Seymour Goodman professor i datavetenskap. Länkade är hans bloggar på variationsmässiga kvantalgoritmer och ta med mer klassiska datorarkitekter in i kvantvärlden. Gokul är för närvarande på den akademiska arbetsmarknaden 2022-23.
Resten av detta inlägg är skrivet av Gokul Ravi
Nuvarande projekt
Quantum computing är ett störande tekniskt paradigm med potential att revolutionera datoranvändning, och därmed världen. Under tre decennier har löftet om kvantdatorer gradvis vuxit sig starkare genom teoretiska framsteg inom algoritmer och experimentella framsteg inom enhetsteknologi, båda eftersträvas ofta isolerat.
Men när kvantenheter förvandlas från labbnyfikenhet till teknisk verklighet, är det viktigt att bygga ett datorekosystem som aktivt bör förbättra de grundläggande, begränsade, kapaciteterna på kort sikt (NISQ: Noisy Intermediate Scale Quantum) och långsiktig (FT: Fault Tolerant) kvantmaskiner, på ett sätt som är väl förtrogen med behoven hos målkvantapplikationer. Datorarkitekter är särskilt kritiska för denna strävan eftersom de är skickliga på att överbrygga informationsgapet mellan de olika lagren i datorstacken och har successivt samlat på sig expertis i att bygga hårt begränsade högoptimerade system – detta är ovärderligt för kvantberäkningens framtid.
Som kvantdatorarkitekt utbildad i både kvant- och klassisk datoranvändning har min postdoktorala forskning fokuserat på att bygga ett hybridt kvantklassiskt datorekosystem för praktiska kvantfördelar. Detta har inneburit att utnyttja klassiska datorprinciper i både material och filosofi, vilket har gjort det möjligt för mig att leda spännande kvantprojekt med inriktning på: a) Adaptiv felreducering och klassiskt stöd för variationsmässiga kvantalgoritmer (VAQEM, CAFQA och QISMET); b) Effektiv hantering av kvantresurser (QManager och Quancorde); och c) Skalbar avkodning för kvantfelskorrigering (Klicka).
För att lyfta fram CAFQA som ett exempel: Varierande kvantalgoritmer är bland de mest lovande tillämpningarna för kortsiktiga kvantfördelar och kan användas i en mängd olika problem som simulering av kvantsystem för många kroppar. VQA förlitar sig på den iterativa optimeringen av en parametriserad krets med avseende på en objektiv funktion. Eftersom kvantmaskiner är bullriga och dyra resurser, är det absolut nödvändigt att klassiskt välja en VQA:s initiala parametrar för att vara så nära optimala som möjligt, för att förbättra VQA-noggrannheten och påskynda deras konvergens på dagens enheter. I CAFQA väljs dessa initiala parametrar genom att söka effektivt och skalbart genom den klassiskt simulerbara delen av kvantrymden (känd som Clifford-utrymmet) genom att använda en Bayesiansk optimeringsbaserad diskret sökteknik.
Inverkan
För det första har dessa projekt visat betydande kvantitativ effekt. I exemplet från ovan återställer initialisering av VQA med CAFQA så mycket som 99.99 % av den felaktighet som gått förlorad i tidigare toppmoderna klassiska initialiseringsmetoder. Som ett annat exempel föreslog vi en kryogen avkodare för kvantfelskorrigering som kallas Clique, som eliminerar 70-99+% av felkorrigeringsavkodningsbandbredden (in och ut ur utspädningskylskåpet) till mycket låg hårdvarukostnad. Våra andra förslag har också producerat avsevärda förbättringar av kvanttrohet och övergripande exekveringseffektivitet.
För det andra har dessa forskningsinriktningar öppnat dörrar för en mängd nya idéer i skärningspunkten mellan kvant- och klassisk datoranvändning, vilket potentiellt har breddat deltagandet från forskare med olika expertis inom klassisk datoranvändning.
Ytterligare forskning
Andra forskningsområden jag ägnar mig åt inkluderar: a) Identifiera nya målkvanttillämpningar som kommer att dra nytta av klassiskt stöd; b) Utforska en mängd olika bullerreducerande tekniker på olika kvanttekniker; c) Försök att ytterligare minska kvantklassiska flaskhalsar för felkorrigering; och d) Hantera en mångsidig uppsättning applikationer och teknik i kvantmolnet.
