IQT:s "Journal Club:" En lekmannaguide till Quantum Reservoir Computing

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

En ny artikel från Nature Science Advances tittar på kvantreservoarberäkning och dess inverkan på beräkningsprocesser. (PC IQT)

By Kenna Hughes-Castleberry postat 10 november 2023

IQT:s "Journal Club" är en veckovis artikelserie som bryter ner en nyligen genomförd kvantteknologisk forskningsartikel och diskuterar dess inverkan på kvantekosystemet.

Kvantberäkningarnas rike låter ofta som att det har rivits direkt från science fiction-sidorna, men det är väldigt verkligt och utvecklas snabbt. I en ny Natur vetenskapliga rapporter papper, forskare vid IBM Quantum och Thomas J. Watson Research Center fokuserar nu på en ny aspekt som kallas "Quantum Reservoir Computing." För att förstå detta, bild en stor reservoar av vatten där vågor kan användas för att förutsäga vad som kommer att hända härnäst – bara i det här fallet är vattnet partiklarnas kvanttillstånd och vågorna är data.

Quantum Reservoir Computing är ett spännande framsteg inom kvantområdet maskininlärning, särskilt lämpad för att förutsäga sekvenser och mönster över tid, ungefär som att prognostisera vädermönster eller börstrender. Traditionella datorer kämpar med dessa uppgifter eftersom de är linjära och ordnade, men den naturliga världen – som aktiemarknaden or väder – är komplex och ofta kaotisk.

Det som verkligen är innovativt med den senaste utvecklingen är att använda "brus" inom kvantsystemet. I vardagen är buller oftast något vi försöker minska eller eliminera. I kvantvärlden kan dock detta brus utnyttjas och kontrolleras för att hjälpa till att göra bättre förutsägelser. Det är som om statiken på din radio plötsligt skulle kunna berätta vilken låt som kommer att spelas härnäst.

Forskare har utarbetat ett sätt att ställa in detta kvantbrus, justera det för att förbättra förutsägelser. Detta görs genom att programmera in bruset i kvantkretsarna – vägarna som styr kvantbitar, eller qubits, som är de grundläggande informationsenheterna inom kvantberäkning. Genom att finjustera bruset kunde IBM Quantum-forskarna optimera kvantsystemets prestanda.

Dessutom har forskarna hittat sätt att förenkla dessa kvantsystem. De har minskat antalet qubits som behövs och komplexiteten i deras anslutningar (entanglement), vilket gör systemen lättare att hantera och potentiellt mer robusta.

Effekten av dessa framsteg inom kvantreservoarberäkningen är redan lovande. Med hjälp av en enda brusmodell och ett mindre minne har forskare uppnått imponerande resultat när det gäller att simulera komplexa system. Ett exempel som ges är Mackey-glas system, som är en matematisk modell som används för att beskriva komplexa system som biologiska svängningar. Forskarna kunde förutsäga dess beteende 100 steg framåt i det som kallas den kaotiska regimen – en betydande utmaning på grund av systemets oförutsägbara natur.

I lekmannatermer liknar detta att titta in i en mycket komplicerad kristallkula och exakt förutse händelser långt in i framtiden. För kvantdatorindustrin kan dessa framsteg innebära snabbare, effektivare och mer exakta förutsägelser för allt från väderprognoser till finansiell analys och mer. Det är en spännande inblick i en framtid där våra datorer kan tänka mer som vi gör: omfamna kaos och komplexitet snarare än att bli förvirrade.

Kenna Hughes-Castleberry är personalskribent på Inside Quantum Technology och Science Communicator vid JILA (ett partnerskap mellan University of Colorado Boulder och NIST). Hennes skrivbeats inkluderar djupteknik, kvantberäkning och AI. Hennes arbete har visats i Scientific American, Discover Magazine, New Scientist, Ars Technica och mer.