Alibaba Quantum Lab'ın en son başarısı: Dünyanın en güçlü kuantum devre simülatörü "Tai Zhang" doğdu
Lei Feng.com Yapay Zeka Teknolojisi İnceleme Haberleri 8 Mayıs'ta Shi Yaoyun'un Alibaba Quantum Lab'daki ekibi, "Tai Zhang" adlı dünyanın en güçlü kuantum devre simülatörünü başarıyla geliştirdiğini duyurdu. Alibaba Group'un bilgi işlem platformunun çevrimiçi kümesinin süper hesaplama gücüne dayanan "Tai Zhang", Google'ın rastgele kuantum devresinin 81 (9x9) bit 40 katmanını bir kıyaslama olarak başarılı bir şekilde simüle eden dünyadaki ilk sistemdir. Yalnızca bu katman sayısına ulaşan önceki simülatörler 49 bit işleyebilir.
Aynı zamanda, bu simülasyon görevi, Alibaba bilgi işlem platformu çevrimiçi kümesinin hesaplama kaynaklarının yalnızca% 14'ünü kullandı. "Taizhang" ın yenilikçi algoritması, son derece düşük iletişim ek yüküne sahiptir ve platformun çevrimiçi kümesinin avantajlarından tam olarak yararlanabilir. 64 (8x8) bit 40 katmanlı simülasyon gibi geçmişte süper bilgisayarlarda yapılamayan simülasyon görevleri yalnızca 2 Dakikalar içinde yapılabilir.
2016'da Google, iki boyutlu dizi MxN'ye karşılık gelen kübit üzerinde belirli bir rastgele kuantum devresi türü uygulayarak kuantum hegemonyasına ulaşmak için bir çözüm önerdi. Bu tür belirli rastgele kuantum devresi genellikle kuantum hegemonya devresi olarak adlandırılır. Öneride, iki boyutlu dizideki bit sayısı (MN) 50'ye ve devrenin derinliği (katman sayısı) yaklaşık 40'a ulaştığında, dünyadaki en güçlü süper bilgisayarın böyle bir devreyi etkili bir şekilde simüle edemeyeceğine inanılmaktadır.
Şekil 1: 8x8'lik iki boyutlu bir ızgara üzerinde 20 derinliğe sahip bir kuantum hegemonya devresine karşılık gelen tensör ağı ekranı
Google'ın donanım ekibi, böyle bir hegemonik devreyi gerçekleştirmek için daha büyük ölçekli bir kuantum sistemine 9 kübitlik 1 boyutlu bir dizide ulaşılan% 1 okuma hatasını,% 0,1 tek bitlik geçit hatasını ve% 0,6 iki bitlik geçit hatasını korumayı umuyor. Ve bu özel görev sayesinde, kuantum donanımı dünyadaki en güçlü klasik bilgi işlem kaynaklarını aşıyor. O zamandan beri, birkaç araştırma ekibi bu tür bir devreyi farklı süper bilgisayarlar üzerinde simüle etti. Daha önce, dünyanın en iyi araştırma sonuçları aynı anda 50 bit ve 40 katmana ulaşmamıştı.
Şekil 2: nxn iki boyutlu ızgarasında, rastgele devre çıktısının her genliğinin yürütme süresi ile devre derinliği arasındaki ilişki
Mevcut kuantum hesaplama modelleri arasında, klasik mantık kapılarına benzer şekilde kuantum kapıları aracılığıyla bilgileri kübitlerde depolayarak ve hesaplamaları gerçekleştirerek gerçekleştirilen bir tür kuantum devre modeli vardır. Dharma Akademisi'nin Kuantum Laboratuvarı ekibinde kuantum bilimcisi olan Chen Jianxin ve stajyer olan Zhang Fang, dağıtılmış bir evrensel kuantum devre simülasyon şeması uyguladı ve Google'ın araştırma simülatörüne dayalı rastgele kuantum devresinin ilk sürümünü test etti.
Ali hesaplama platformunun çevrimiçi kümesinin az miktarda hesaplama kaynağını (yaklaşık% 14) kullanarak, laboratuvar ekibi "Tai Zhang" simülatörünü başarılı bir şekilde kullanarak 9x9x40'ı simüle eden 81 bit, 40 katman rastgele devre ve 100 bitlik 35 katman ( 10x10x35), 121-bit 31-katman (11x11x31) ve 144-bit 27-layer (12x12x27) rastgele kuantum devresi.
Şekil 3: "Tai Zhang" (siyah çizgi) ile simüle edilen rastgele kuantum devresinin ölçeği ile Google'ın kuantum donanımının (kırmızı çizgi) elde edilebilir ölçeğinin karşılaştırması (Google'ın 7x7 tahminine göre)
Şu anda, endüstride iki tür ana akım simülasyon şeması vardır: Biri kuantum halinin tüm genliklerini saklamak, diğeri ise herhangi bir genlik için sonuçları hızlı bir şekilde hesaplamaktır. İlk tip simülasyon şeması temelde bir süper bilgisayarda uygulanır, çünkü 45 bitlik bir kuantum durumunun depolanması Petabayt düzeyinde bir bellek gerektirir.Bu kadar çok veriyi depolarken, kuantum durumunu çalıştırmak ve hesaplamak farklı bilgisayarlarda sürekli değişiklikler gerektirir. Veriler, bilgi işlem düğümleri arasında değiş tokuş edilir Bu tür iletişim ek yükü, sıradan bulut hizmetleri için dayanılmazdır.
Alibaba hesaplama platformunun çevrimiçi kümesinde, laboratuvar ekibi ikinci tip simülasyon şemasını benimsedi.Herhangi bir genliği hızlı ve etkili bir şekilde hesaplayarak, alt görevler, görev bölündükten sonra çok az iletişim yükü ile çok dengeli bir şekilde farklı düğümlere dağıtılabilir. Simülatörün şu anda geniş çapta hizmet sağlayan bulut bilişim platformuna adapte olmasını sağlayın.
Bu araştırmanın sonuçlarından önce, iki simülasyon şeması için, dünyadaki hiçbir araştırma ekibi Google'ın 50 bit ve 40'tan fazla katman içeren birinci nesil rastgele test devresini başarılı bir şekilde simüle edemez. Dharma Enstitüsü Kuantum Laboratuvarı ekibinin simülatöründe her 2 dakikada bir 64 bitlik 40 katmanlı rastgele bir devrenin genliğini hesaplamak da mümkündür.
Bu araştırmanın sonuçları ayrıca önceden basılmış web sitesi arXiv'de bir makale şeklinde sunulmuştur.Makalenin ilk yazarları Quantum Lab kuantum bilimcisi Jianxin Chen ve stajyer Zhang Fang'dır.Yazarlar arasında stajyer Huang Jiachen ve Dr. Michael Newman da yer almaktadır.
Şekil 4: Alibaba "Tai Zhang" simülatörü ile Google'ın rastgele devresini simüle eden mevcut ana simülatörün sonuçlarının karşılaştırması
Michigan Üniversitesi'nde kadrolu profesör ve dünyanın en iyi kuantum bilimcisi Shi Yaoyun, Alibaba Quantum Lab'ın direktörü ve baş kuantum teknolojisi bilimcisi olarak görev yapıyor. Teorik bilgisayarlar için en yüksek iki ödül için Gödel Ödülü'nü kazanan Macar-Amerikalı bilgisayar bilimcisi Mario Szegedy de bu yılın başında laboratuvara katıldı.
diğer:
"Taizhang" şu kaynaktan alınmıştır: "Huainanzi · Cheng Xingxun": "Yu, Taizhang'ı Doğu Kutbundan Batı Kutbu'na 233.500 mil ve 75 basamakla Kuzey Kutbundan dikey deniz basamağı yapmak için adım attı. Antarktika'ya gelince, iki yüz otuz üç bin beş yüz mil ve yetmiş beş adım. Hongshuiyuan'ın üç yüz otuz beş yüz milden uzak olduğu yerlerde, toprağı durdurduğu ve sel sularını doldurduğu için ünlü bir dağ olan Jiuyuan · Yu vardır. . "
"Tai Zhang" simülatörünün amacı, tıpkı Tai Zhang'ın Doğu Kutbu ile Batı Kutbu arasındaki mesafeyi yürüyerek ölçtüğü gibi, kuantumun işleyişini klasik ve anlaşılır bir şekilde anlamaktır.
arXiv kağıt bağlantısı: https://arxiv.org/abs/1805.01450
Google: https://www.nature.com/articles/s41567-018-0124-x
