Az áttörést jelentő technológia felgyorsítja a kvantumszámítógépek gyakorlati felhasználására szolgáló algoritmusok fejlesztését is.
A Fujitsu február 19-én jelentette be egy új technika kifejlesztését, aminek keretei közt kvantumszimulátoron felgyorsítják a kvantum-klasszikus hibrid algoritmusokat, amelyeket a kvantumszámítógépek korai használatának módszereként emlegetnek. Elvileg ezzel a megoldással 200-szor nagyobb számítási sebességet érnek el, mint a korábbi szimulációk esetében. A hagyományos kvantumköri és klasszikus hibrid algoritmusokat használó kvantumköri számításoknál a kvantumköri számítások száma a megoldandó probléma léptékétől függően növekszik. Nagyobb léptékű problémák, amelyek sok qubitet igényelnek, beleértve az anyag- és gyógyszerkutatási területeken végzett szimulációkat, akár több száz napot is igénybe vehetnek – jelenleg.
Az újonnan kifejlesztett technológia lehetővé teszi nagyszámú, ismétlődően végrehajtott kvantumáramköri számítások egyidejű feldolgozását több csoport között. A Fujitsu a világ egyik legnagyobb léptékű kvantumszimulátora segítségével egy módszert is kidolgozott a problémák egyszerűsítésére, ráadásul kisebb pontosságvesztéssel. A Fujitsu lehetővé tette, hogy mindössze egy nap alatt elvégezhetők legyenek bizonyos számítások, amikre eddig 200 nap volt szükséges. Ennek eredményeként ma már lehetőség nyílik a nagy léptékű kvantumszámítás szimulációinak reális időkereten belüli befejezésére, valamint a nagyobb molekulák viselkedésének szimulálására egy hibrid kvantum-klasszikus algoritmussal, ami algoritmusfejlesztéshez vezet.
A Fujitsu azt tervezi, hogy ezt a technológiát beépíti hibrid kvantumszámítógép-platformjába, hogy felgyorsítsa a kvantumszámítógépek gyakorlati alkalmazásának kutatását különböző területeken, beleértve a pénzügyeket és a gyógyszerkutatást is. Ezenkívül a Fujitsu ezt a technológiát nemcsak a kvantumszimulátorokra fogja alkalmazni, hanem a kvantumáramkörök számításainak felgyorsítására is.
Ez áll a háttérben
Bár az úgynevezett hibatűrő (FTQC) kvantumszámítógépek fejlesztése jelenleg világszerte halad, a jelenlegi kvantumszámítógépek számos problémával rendelkeznek, például a zajhatások kiküszöbölésének képtelenségével. Ugyanakkor még az FTCQ előtti időszakban (tehát most) a kvantumszámítógépek hasznosságának demonstrálása érdekében gyakorlati alkalmazásokat vizsgálnak kis és közepes méretű kvantumszámítógépeknél, amelyek zajtűrése 100-1000 qubit.
A VQE egy tipikus NISQ algoritmus alkalmazásával a Fujitsu például kifejlesztett egy kvantumszimulátort kvantumalkalmazások fejlesztésére, valamint kvantumáramkörök számításának gyorsítására. A VQE-ben azonban a kvantumköri számítások iterációinak száma növekszik a probléma méretének növekedésével, ezért a számítás végrehajtása nagyon hosszú időt vesz igénybe, különösen nagy, sok qubitet igénylő problémák esetén – adott esetben több 100 napot is igénybe vehet egy-egy számítás. Ezért nehéz volt kvantumalgoritmusokat kidolgozni gyakorlati használatra.
Hogy miről is szól az újonnan kifejlesztett technológia…
A fenti problémára válaszul a Fujitsu kifejlesztett egy technológiát, amely 200-szor nagyobb teljesítményt ér el a hagyományos technológiákhoz képest azáltal, hogy egyidejűleg elosztja a többszörösen ismétlődően végrehajtott kvantumáramköri számításokat, és csökkenti a kvantumáramköri számítások mennyiségét a pontosság romlásának csökkentése mellett.
Arra a tényre összpontosítva, hogy a kis paraméterváltoztatással rendelkező kvantumáramkörök egymás befolyásolása nélkül is működtethetők, a Fujitsu kifejlesztett egy feldolgozási technológiát, amely lehetővé teszi minden csoport számára, hogy különböző kvantumáramköröket használjanak, mindezt úgy, hogy hogy a kvantumszimulátor számítási csomópontjait több csoportra osztják és RPC-t használnak. Ezzel a technológiával több különböző paraméterű kvantumáramkör egyszerre osztható el és számításképes, valamint a számítási idő a hagyományos technológia 1/70-ed részére csökkenthető.
A Fujitsu a világon először tudta demonstrálni, hogy 1024 számítási csomópont 8 csoportba osztott feldolgozásával egy 32 qubit-es probléma esetén 32 qubites kvantumszimulációs futási idő érhető el egy nap alatt, szemben a korábbi 200 napos becsléssel. Ez várhatóan előmozdítja a magas qubit-igényű problémákra való kvantum-algoritmusok fejlesztését, valamint a kvantumszámítógépek alkalmazását az anyagok és a pénzügyek területén.
Yukihiro Okuno, a Fujifilm Corporation Elemzéstechnikai
Központjának vezető kutatója megjegyzi:
„A kvantumszámítógépek anyagfejlesztésben való alkalmazását vizsgáljuk. Ezek
közül lényeges szempont a VQE használata a NISQ eszközökben. Arra számítunk,
hogy ez a gyorsítási technológia nagyban felgyorsítja a VQE algoritmus elvi
ellenőrzését.”
Tsuyoshi Moriya, a Tokyo Electron Limited Digital Design
Centerének alelnöke hozzátette:
„Tanulmányozzuk a VQE használatát a félvezető anyagokhoz kapcsolódó molekulák
energiájának kiszámítására, az egyes anyagok elektronszerkezetének és fizikai
tulajdonságainak előrejelzésére, valamint a kémiai reakciók optimalizálására a
félvezető gyártási folyamatokban. Reméljük, hogy ennek a folyamatnak a
felgyorsítása lehetővé teszi számunkra, hogy gyorsan ellenőrizzük a VQE
algoritmus elvét és hatékonyságát, és felfedezzük annak hasznosságát…”
techkalauz.hu – az online techmagazin
