Инсайдерская информация
- Fujitsu объявила о разработке новой технологии квантового симулятора, которая ускоряет квантово-классические гибридные алгоритмы.
- Этот метод позволил в 200 раз увеличить скорость вычислений по сравнению с предыдущим моделированием.
- Недавно разработанная технология позволяет одновременно обрабатывать большое количество повторяющихся вычислений квантовой схемы, распределенных по нескольким группам.
ПРЕСС-РЕЛИЗ — Fujitsu объявила о разработке новой технологии квантового симулятора, которая ускоряет квантово-классические гибридные алгоритмы, предложенные в качестве метода раннего использования квантовых компьютеров, достигая в 200 раз большей скорости вычислений по сравнению с предыдущими симуляциями. Для вычислений квантовой схемы с использованием обычных квантовых и классических гибридных алгоритмов количество вычислений квантовой схемы увеличивается в зависимости от масштаба решаемой задачи. Более масштабные задачи, требующие большого количества кубитов, включая моделирование в области создания материалов и лекарств, могут потребовать даже нескольких сотен дней.
Недавно разработанная технология позволяет одновременно обрабатывать большое количество повторяющихся вычислений квантовой схемы, распределенных по нескольким группам. Fujitsu также разработала способ масштабного упрощения задач с меньшей потерей точности с помощью разработанного ею одного из крупнейших в мире квантовых симуляторов (1). Fujitsu позволила выполнить вычисления на квантовом симуляторе всего за один день, тогда как при использовании традиционных методов на это ушло бы примерно 200 дней. В результате теперь можно завершить моделирование крупномасштабных квантовых вычислений в реалистичные сроки и смоделировать поведение более крупных молекул, вычисленное с помощью гибридного квантово-классического алгоритма, что приведет к разработке алгоритма.
Fujitsu планирует включить эту технологию в свою гибридную платформу квантовых вычислений, чтобы ускорить исследования по практическому применению квантовых компьютеров в различных областях, включая финансы и разработку лекарств. Кроме того, Fujitsu будет применять эту технологию не только в квантовых симуляторах, но и для ускорения вычислений квантовых схем на реальных квантовых компьютерах.
Фон
Хотя разработка отказоустойчивых квантовых компьютеров (FTQC(2)) в настоящее время продвигается во всем мире, современные квантовые компьютеры сталкиваются со многими проблемами, такими как неспособность устранить воздействие шума. В то же время, чтобы продемонстрировать полезность квантовых компьютеров перед FTQC, изучаются практические приложения для малых и средних квантовых компьютеров (Noisy Intermediate-Scale Quantum Computer, NISQ) с устойчивостью к шуму от 100 до 1000 кубитов.
Применяя VQE (3), типичный алгоритм NISQ, компания Fujitsu, например, разработала квантовый симулятор для разработки квантовых приложений (4) и работает над ускорением самих вычислений квантовых схем. Однако в VQE количество итераций вычислений квантовой схемы увеличивается по мере увеличения размера задачи, поэтому выполнение вычислений занимает очень много времени, особенно для больших задач, требующих большого количества кубитов, и, по оценкам, для этого требуется несколько 100 кубитов. дней для квантового симулятора. Поэтому было сложно разработать квантовые алгоритмы для практического использования.
Краткое описание недавно разработанной технологии
В ответ на эту проблему компания Fujitsu разработала технологию, которая обеспечивает в 200 раз более высокую скорость работы по сравнению с традиционными технологиями за счет одновременного распределения нескольких повторяющихся вычислений квантовой схемы и сокращения объема вычислений квантовой схемы за счет уменьшения снижения точности.
Распределенный параллелизм процессов оптимизации, требующий повторных вычислений квантовых схем.
Квантово-классические гибридные алгоритмы ищут квантовую схему, которая обеспечивает состояние с наименьшей энергией, например, основное состояние молекулы, путем чередования процесса выполнения вычисления квантовой схемы и процесса оптимизации параметров квантовой схемы (5) с использованием классического алгоритма. компьютер. Однако для оптимизации параметров квантовых схем с помощью классических компьютеров необходимо подготовить большое количество квантовых схем с небольшими изменениями параметров, последовательно выполнить расчет квантовых схем для всех из них и вывести из результатов оптимальные параметры. Это требует значительного времени для вычислений, особенно для крупномасштабных задач. Увеличение количества узлов просто для ускорения вычислений схемы обычно ограничивалось издержками на связь, и требовались новые технологии.
Ориентируясь на тот факт, что квантовые схемы с небольшими изменениями параметров могут выполняться, не влияя друг на друга, Fujitsu разработала технологию распределенной обработки, которая позволяет каждой группе выполнять разные квантовые схемы, разделив вычислительные узлы квантового симулятора на несколько групп и используя RPC. (6) технология отправки заданий по вычислениям квантовых схем через сеть. Используя эту технологию, можно одновременно распределять и рассчитывать несколько квантовых схем с разными параметрами, а время вычислений можно сократить до 1/70 по сравнению с традиционной технологией.
Кроме того, поскольку объем вычислений в квантово-классическом гибридном алгоритме пропорционален количеству членов в уравнении решаемой задачи, а количество членов является четвертой степенью числа кубитов в общем VQE, объем вычислений увеличивается по мере увеличения масштаба задачи, и результат не может быть получен за реалистичное время. Путем моделирования больших молекул с использованием 32 кубитов одного из крупнейших в мире 40-кубитных квантовых симуляторов компания Fujitsu обнаружила, что отношение термов с малыми коэффициентами к общему числу термов увеличивается по мере увеличения масштаба, и что влияние термов с малыми коэффициентами увеличивается. коэффициенты на конечные результаты расчетов минимальны. Воспользовавшись этой особенностью, Fujitsu смогла добиться как сокращения количества членов в уравнении, так и предотвращения ухудшения точности вычислений, тем самым сократив время вычисления квантовой схемы примерно на 80%.
Объединив эти две технологии, Fujitsu впервые в мире смогла продемонстрировать, что при распределенной обработке 1024 вычислительных узлов на 8 групп для задачи с 32 кубитами можно достичь времени выполнения квантового моделирования 32 кубитов в одном день по сравнению с предыдущей оценкой в 200 дней. Ожидается, что это будет способствовать развитию квантовых алгоритмов для решения задач с большим количеством кубитов и применению квантовых компьютеров в области материалов и финансов.
Юкихиро Окуно, старший научный сотрудник Центра аналитических технологий корпорации Fujifilm, комментирует: «Мы изучаем возможность применения квантовых компьютеров для разработки материалов. Среди них важным фактором является использование VQE в устройствах NISQ. Мы ожидаем, что эта технология ускорения значительно ускорит принципиальную проверку алгоритма VQE».
Цуёси Мория, вице-президент Центра цифрового дизайна Tokyo Electron Limited, комментирует: «Мы изучаем возможность использования VQE для расчета энергии молекул, связанных с полупроводниковыми материалами, для прогнозирования электронной структуры и физических свойств конкретных материалов, а также для оптимизации химические реакции в процессах производства полупроводников. Мы надеемся, что ускорение этого процесса позволит нам быстро проверить принцип и эффективность алгоритма VQE и обнаружить его полезность. Устройства NISQ, использование которых ограничено шумом и ошибками, будут рассматриваться с учетом этих ограничений».
Для получения дополнительной информации о рынке ознакомьтесь с нашими последними новостями о квантовых вычислениях здесь.
2024-04-12 20:46:22
1712956991
#Fujitsu #разрабатывает #метод #позволяющий #ускорить #вычисления #квантовых #схем #квантовом #симуляторе #раз
