Цена пересадки волос с головы на бороду sercanaslanhair.ru.

Ваш суперкомпьютер в тупике? Там может быть квантовое решение

Новое исследование подробно описывает, как квантовую вычислительную технику, называемую «квантовый отжиг», можно использовать для решения проблем, имеющих отношение к фундаментальным вопросам ядерной физики о субатомных строительных блоках всего вещества. Это также может помочь ответить на другие неприятные вопросы в области науки и промышленности.

Некоторые математические задачи настолько сложны, что могут погубить даже самые мощные суперкомпьютеры в мире. Но дикий новый рубеж в вычислениях, который применяет правила квантовой сферы, предлагает другой подход.

В новом исследовании, проведенном физиком из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab), опубликованном в журнале Scientific Reports, рассказывается, как техника квантовых вычислений, называемая «квантовым отжигом», может быть использована для решения проблем, имеющих отношение к фундаментальным вопросам ядерной физики о субатомные строительные блоки всей материи. Это также может помочь ответить на другие неприятные вопросы в области науки и промышленности.

В поисках квантового решения действительно больших проблем

«Не существует алгоритма квантового отжига для проблем, которые мы пытаемся решить», — сказал Чиа Ченг, Джейсон Чанг, сотрудник RIKEN iTHEMS в отделе ядерных наук Berkeley Lab и научный сотрудник RIKEN, научного института в Японии.

«Проблемы, с которыми мы сталкиваемся, действительно, очень большие», — сказал Чанг, который возглавлял международную команду за исследованием. «Идея заключается в том, что квантовый отжиг может одновременно оценивать большое количество переменных и в конце вернуть правильное решение».

Тот же алгоритм решения проблем, который Чанг разработал для последнего исследования и который доступен для общественности через код с открытым исходным кодом, потенциально может быть адаптирован и масштабирован для использования, например, в системной инженерии и исследовании операций или в других отраслевых приложениях.,

Классическая алгебра с квантовым компьютером

«Мы готовим маленькие« игрушечные »примеры только для того, чтобы разработать алгоритм работы. Простота современных квантовых отжигов заключается в том, что решение является классическим — сродни алгебре с квантовым компьютером. Вы можете проверить и понять, что вы делаете с квантовым отжигом прямым способом, без огромных накладных расходов на проверку решения классически".

Команда Чанга использовала коммерческий квантовый отжиг, расположенный в Бернаби, Канада, под названием D-Wave 2000Q, в котором используются сверхпроводящие электронные элементы, охлажденные до экстремальных температур, для выполнения своих расчетов.

Доступ к отжигу D-Wave был предоставлен через вычислительный центр Лидерства Ок-Риджа в Национальной лаборатории Ок-Риджа (ORNL). «Эти методы помогут нам проверить потенциал квантовых компьютеров для решения задач прикладной математики, которые важны для научной вычислительной миссии Министерства энергетики США», — сказал Трэвис Хамбл, директор Института квантовых вычислений ORNL.

Квантовые данные: один, ноль или оба одновременно

В настоящее время в эксплуатации находятся две из этих машин, доступные для общественности. Они работают, применяя общее правило в физике: системы в физике, как правило, ищут свое низкоэнергетическое состояние. Например, на крутых склонах и в глубоких долинах человек, пересекающий эту местность, склонен оказаться в самой глубокой долине, так как для выхода из нее требуется много энергии и наименьшее количество энергии, чтобы поселиться в ней. долина.

Отжигатель применяет это правило к расчетам. В типичном компьютере память хранится в виде последовательности битов, которые заняты либо единицей, либо нулем. Но квантовые вычисления вводят новую парадигму в вычислениях: квантовые биты или кубиты. С кубитами информация может существовать как единица, ноль или оба одновременно. Эта особенность делает квантовые компьютеры более подходящими для решения некоторых задач с очень большим количеством возможных переменных, которые необходимо учитывать при решении.

Каждый из кубитов, использованных в последнем исследовании, в конечном итоге дает результат, равный единице или нулю, путем применения правила состояния с наименьшей энергией, и исследователи проверили алгоритм с использованием до 30 логических кубитов.

Алгоритм, который Чанг разработал для работы с квантовым отжигом, может решать полиномиальные уравнения, которые представляют собой уравнения, которые могут иметь как числа, так и переменные, и могут быть сложены до нуля. Переменная может представлять любое число в большом диапазоне чисел.

Когда есть «меньше, но очень плотные вычисления»

Лаборатория Беркли и соседний Калифорнийский университет в Беркли стали центром исследований и разработок в развивающейся области квантовой информатики, а в прошлом году объявили о создании партнерства под названием «Беркли Квантум» для развития этой области.

Чанг сказал, что метод квантового отжига, использованный в исследовании, также известный как адиабатические квантовые вычисления, «хорошо работает для меньшего количества, но очень плотных вычислений», и что метод понравился ему, потому что правила квантовой механики знакомы ему как физику,

Вывод данных от отжига представлял собой серию решений для уравнений, отсортированных по столбцам и строкам. Затем эти данные были отображены в представление кубитов отжигателя, пояснил Чанг, и основная часть алгоритма была разработана для правильного учета силы взаимодействия между кубитами отжигателя. «Мы повторили процесс тысячи раз», чтобы подтвердить результаты, сказал он.

«Решение системы, классически использующей этот подход, заняло бы экспоненциально много времени для завершения, но проверка решения была очень быстрой» с отжигом, сказал он, потому что это решение классической задачи с одним решением. Если бы проблема была квантовой по своему характеру, то ожидалось, что решение будет отличаться при каждом ее измерении.

Реальные приложения для квантового алгоритма

Поскольку квантовые компьютеры оснащены большим количеством кубитов, которые позволяют им быстрее решать более сложные проблемы, они также могут потенциально привести к экономии энергии за счет сокращения использования гораздо больших суперкомпьютеров, для решения которых может потребоваться гораздо больше времени.

Квантовый подход дает непосредственное и поддающееся проверке решение проблем, связанных с «нелинейными» системами, в которых результат уравнения не совпадает пропорционально входным значениям. Нелинейные уравнения проблематичны, потому что они могут казаться более непредсказуемыми или хаотичными, чем другие «линейные» задачи, которые гораздо более просты и разрешимы.

Чанг обратился за помощью к специалистам по квантовым вычислениям в области квантовых вычислений как в США, так и в Японии, чтобы разработать успешно протестированный алгоритм. Он сказал, что он надеется, что алгоритм в конечном итоге окажется полезным для расчетов, которые могут проверить, как субатомные кварки ведут себя и взаимодействуют с другими субатомными частицами в ядрах атомов.

В то время как следующий захватывающий шаг будет работать над применением алгоритма для решения проблем ядерной физики, «Этот алгоритм гораздо более общий, чем просто для ядерной науки», — отметил Чанг. «Было бы интересно найти новые способы использования этих новых компьютеров».