คอลัมน์แขกรับเชิญเฉพาะเจาะจงของควอนตัม: “เหนือกว่า HPC ล้ำหน้าควอนตัม: การประมวลผลด้วยเลเซอร์กลายเป็นโซลูชันที่ก้าวล้ำสำหรับความท้าทายในการเพิ่มประสิทธิภาพที่ซับซ้อน” - Inside Quantum Technology

“Quantum Particulars” เป็นคอลัมน์รับเชิญจากกองบรรณาธิการที่นำเสนอข้อมูลเชิงลึกสุดพิเศษและบทสัมภาษณ์นักวิจัย นักพัฒนา และผู้เชี่ยวชาญควอนตัมเกี่ยวกับความท้าทายและกระบวนการสำคัญในสาขานี้ บทความนี้เขียนโดย รูติ เบน-ชโลมี ซีอีโอและผู้ร่วมก่อตั้งของ ไลท์โซลเวอร์, มุ่งเน้นไปที่การประมวลผลด้วยเลเซอร์ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบของการคำนวณควอนตัม 

ธุรกิจต่างมองหาการปรับปรุงประสิทธิภาพ เพิ่มผลผลิต และลดต้นทุนอย่างต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม ในหลายกรณี การบรรลุเป้าหมายเหล่านี้ขึ้นอยู่กับความสามารถในการเพิ่มประสิทธิภาพที่เข้มงวด ตัวอย่างเช่น การจัดส่งแบบ Last-Mile หรือการส่งทีมช่างเทคนิคบริการไปยังสถานที่หลายร้อยแห่ง: เพื่อสร้างเส้นทางและตารางเวลาที่มีประสิทธิภาพสูง ธุรกิจต่างๆ จะต้องแก้ไขปัญหาการเพิ่มประสิทธิภาพแบบผสมผสาน ความท้าทายของการคำนวณประเภทนี้คือ การคำนวณเป็นแบบ NP-hard ซึ่งหมายความว่าจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณเมื่อจำนวนตัวแปรและข้อจำกัดเพิ่มขึ้น เช่น มีมากกว่า 1094 วิธีการจัดสรรงาน 10 งาน ให้กับทีมงานช่างบริการภาคสนาม XNUMX คน ปัญหาขนาดเกินความสามารถของคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน.

แม้ว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกดูเหมือนจะถึงขีดจำกัดในการคำนวณแล้ว แต่คอมพิวเตอร์ควอนตัมยังไม่สามารถปรับขนาดหรือใช้งานได้จริงในการแก้ปัญหาที่ซับซ้อนในโลกแห่งความเป็นจริง สิ่งที่เราต้องการคือวิธีการที่ดีกว่าในการแก้ไขปัญหาดังกล่าว ตอนนี้ – และไม่ใช่แค่ความท้าทายด้านลอจิสติกส์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงปัญหาที่เกิดขึ้นตั้งแต่การเพิ่มประสิทธิภาพพอร์ตโฟลิโอทางการเงินและการปรับปรุงแบบจำลองความเสี่ยงไปจนถึงการค้นพบยาและวัสดุศาสตร์ที่ได้รับการปรับปรุง

โชคดีที่มีเทคโนโลยีใหม่ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากควอนตัมที่มีอยู่ในปัจจุบัน ซึ่งควบคุมพลังของเลเซอร์เพื่อคำนวณได้เร็วกว่าคอมพิวเตอร์คลาสสิกและควอนตัมที่ทรงพลังที่สุด กระบวนทัศน์การประมวลผลใหม่นี้ปราศจากชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งสัญญาว่าจะก้าวข้ามข้อจำกัดของการประมวลผลประสิทธิภาพสูงแบบคลาสสิก (HPC) และนำเสนอโซลูชันที่ใช้งานได้จริงมากกว่าการประมวลผลควอนตัมสำหรับการแก้ปัญหาการปรับให้เหมาะสมที่ซับซ้อน

เกินขีดจำกัดของ HPC และควอนตัม

คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกจัดการกับปัญหาการปรับให้เหมาะสมโดยใช้เทคนิคการประมาณค่า ส่งผลให้สามารถแก้ไขปัญหาด้านคุณภาพและเวลาในการประมวลผลที่ลดลงทวีคูณตามขนาดของปัญหา ซึ่งเกินขีดจำกัดสูงสุดของ HPC ในปัจจุบันอย่างรวดเร็ว แม้จะทรงพลังที่สุดก็ตาม ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพเกินหนึ่งร้อยล้านล้าน FLOPS อาจชนกำแพงได้ และยังต้องใช้พลังงานและความเย็นในปริมาณที่ไม่ยั่งยืนอีกด้วย เป็นผลให้ธุรกิจจำนวนมากไม่สามารถใช้ประโยชน์จากข้อมูลที่มีอยู่มากมายในปัจจุบันและเพิ่มประสิทธิภาพธุรกิจของตนได้อย่างแท้จริง 

คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีแนวโน้มที่ดีแต่ยังไม่มีราคาที่เอื้อมถึงหรือปรับขนาดได้ พวกเขายังมีความท้าทายทางวิศวกรรมที่ไม่สำคัญ เช่น ความต้องการสภาพแวดล้อมสุญญากาศสูงเป็นพิเศษ ส่วนประกอบพิเศษ และระบบรักษาเสถียรภาพที่ซับซ้อนที่เกี่ยวข้องกับสภาวะเย็นจัด แม้จะมีความพยายามที่จะตอบสนองความต้องการเหล่านี้ แต่คอมพิวเตอร์ควอนตัมยังคงมีแนวโน้มที่จะเกิดข้อผิดพลาดและความน่าเชื่อถือและความแม่นยำลดลงตามไปด้วย

ขณะนี้เครื่องอบควอนตัมบางตัวพร้อมใช้งานในระบบคลาวด์แล้ว แต่ส่วนใหญ่ประสบปัญหาด้านประสิทธิภาพและความสามารถในการปรับขนาดเนื่องจากการเชื่อมต่อที่จำกัด ซึ่งเป็นอุปสรรคต่อความสามารถในการรับมือกับปัญหาที่ซับซ้อนในโลกแห่งความเป็นจริงได้อย่างมีประสิทธิภาพ

โซลูชั่นที่สดใสด้วยเลเซอร์

การประมวลผลด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนทัศน์การคำนวณแบบใหม่ที่ใช้เลเซอร์คู่สำหรับงานคำนวณ ไม่ต้องใช้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และมีข้อได้เปรียบเหนือวิธีการประมวลผลแบบเดิมๆ มากมาย เช่น ความเร็วในการประมวลผลที่เร็วขึ้น ความแม่นยำที่เพิ่มขึ้น การใช้พลังงานต่ำ ความสามารถในการปรับขนาด และการทำงานในสภาพแวดล้อม 

มันทำงานอย่างไร?

เลเซอร์สามารถแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์ที่สามารถแสดงเป็นแบบจำลองไบนารี่ออปติไมซ์แบบไม่มีข้อจำกัดกำลังสอง (QUBO) หรือแบบจำลองไอซิง การประมวลผลแบบเลเซอร์ทำงานโดยการเข้ารหัสข้อจำกัดของปัญหาเป็นระยะสัมพัทธ์ของเลเซอร์ จากนั้นสถานะเฟสจะโต้ตอบโดยการเลี้ยวเบนแสงจากและระหว่างเลเซอร์แต่ละตัวในลักษณะที่ควบคุมได้ โดยอาศัยอาร์เรย์เลเซอร์ที่เชื่อมต่อกันอย่างแน่นหนา การออกแบบนี้ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการเชื่อมต่อที่สมบูรณ์ระหว่างเลเซอร์ทั้งหมด ช่วยให้สามารถโต้ตอบการหมุนทั้งหมดเป็นคู่ภายในอุปกรณ์ขนาดเดสก์ท็อป 

เนื่องจากธรรมชาติของคลื่นของเลเซอร์และกระบวนการทำแผนที่แบบพิเศษ ลำแสงเลเซอร์จึงมาบรรจบกันอย่างราบรื่นไปสู่สถานะการสูญเสียพลังงานน้อยที่สุด ซึ่งสอดคล้องกับวิธีแก้ปัญหาของปัญหา และกล้องสามารถอ่านได้ เหนือสิ่งอื่นใด เช่นเดียวกับคอมพิวเตอร์ควอนตัม เลเซอร์สามารถคำนวณโซลูชันต่างๆ พร้อมกันได้ จึงคำนวณผลลัพธ์ด้วยความเร็วแสง ซึ่งเร็วกว่าเทคนิคอื่นๆ อย่างมาก

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ใช้เลเซอร์นั้นแตกต่างจากระบบควอนตัมตรงที่ไม่ไวต่อสภาพแวดล้อมและไม่จำเป็นต้องทำงานในสุญญากาศที่สูงเป็นพิเศษ นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการปรับขนาดที่น่าทึ่งโดยไม่ต้องเพิ่มขนาดอุปกรณ์ โซลูชันการประมวลผลด้วยเลเซอร์ที่มีขนาดกะทัดรัดซึ่งสร้างขึ้นด้วยส่วนประกอบเชิงพาณิชย์ที่หาได้ง่าย ช่วยให้เข้าถึงได้ง่ายเช่นกัน ประโยชน์ทั้งหมดนี้ปูทางไปสู่การนำไปใช้ในวงกว้าง ไม่เพียงแต่สำหรับการใช้งานในองค์กรเท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงกรณีการใช้งาน IoT เช่น ยานพาหนะที่ขับเคลื่อนอัตโนมัติ รวมถึงการปรับใช้ภาคสนามบนแท่นขุดเจาะน้ำมันและสถานที่ห่างไกลอื่นๆ 

มองไปข้างหน้าในการประมวลผลด้วยเลเซอร์

ในการวัดประสิทธิภาพล่าสุด การประมวลผลด้วยเลเซอร์ได้แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการแก้ปัญหา NP-hard นี่เป็นความสำเร็จครั้งยิ่งใหญ่ ซึ่งเป็นข้อบ่งชี้ตั้งแต่เนิ่นๆ ว่าการประมวลผลด้วยเลเซอร์มีศักยภาพในการประมวลผลมหาศาล ในขณะที่มีการพัฒนาและพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ก็สามารถปฏิวัติวงการคอมพิวเตอร์และแก้ไขปัญหาที่ครั้งหนึ่งเคยคิดว่าไม่มีทางแก้ไขได้ 

บริษัทเทคโนโลยีขนาดใหญ่ เช่น IBM, Microsoft และ Google กำลังเร่งรีบเพื่อสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่เชื่อถือได้ แต่กระบวนทัศน์ใหม่นี้ที่ใช้เทคโนโลยีเลเซอร์ที่มีอยู่และผ่านการพิสูจน์แล้ว กำลังแก้ไขปัญหาในโลกแห่งความเป็นจริงในปัจจุบัน สามารถช่วยให้บริษัทต่างๆ อนุรักษ์ทรัพยากร เพิ่มรายได้ และลดการใช้พลังงาน ซึ่งเป็นความสามารถที่จำเป็นอย่างยิ่งในสภาพอากาศที่ท้าทายทางเศรษฐกิจในปัจจุบัน การประมวลผลด้วยเลเซอร์กำลังกลายเป็นส่วนสำคัญของภูมิทัศน์ของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ และอยู่ในตำแหน่งที่ดีที่จะแซงหน้าทั้ง HPC และการประมวลผลควอนตัมในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า

รูติ เบน-ชโลมีPhD เป็นนักฟิสิกส์และเป็น CEO ของ LightSolver ซึ่งเธอร่วมก่อตั้งกับ Dr. Chene Tradonsky ในปี 2020 หลังจากคิดค้น LPU ตัวแรก ก่อนหน้า ไลท์โซลเวอร์Ruti สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอกสาขาฟิสิกส์ควอนตัมและอะตอม/โมเลกุลในปี 2019 จากสถาบันวิทยาศาสตร์ Weizmann ในอิสราเอล ในปี 2011 เธอสำเร็จการศึกษาปริญญาโทสาขาฟิสิกส์จาก Ben-Gurion University of the Negev หลังจากออกแบบและสร้างระบบอะตอมที่เย็นจัดตั้งแต่เริ่มต้น ระหว่างปริญญา Ruti ทำหน้าที่เป็นวิศวกรกระบวนการของ Intel 

หมวดหมู่:
บทความรับเชิญ, เล็คทรอนิคส์, การคำนวณควอนตัม, การวิจัย

คีย์เวิร์ด:
เลเซอร์, ไลท์โซลเวอร์, รูติ เบน-ชโลมี

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai เพิ่มพลังให้กับตัวเอง เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตไอสตรีม. Web3 อัจฉริยะ ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตESG. คาร์บอน, คลีนเทค, พลังงาน, สิ่งแวดล้อม แสงอาทิตย์, การจัดการของเสีย. เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตสุขภาพ เทคโนโลยีชีวภาพและข่าวกรองการทดลองทางคลินิก เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: 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/