Tekrar kuantum hesaplamadan bahsedelim: Çin ekibi hangi atılımı yaptı? Temel prensip nedir ve neye benziyor?
Aufei Tapınağı'ndan Tang Xu Annie Xiaocha
Qubit Raporu | Genel Hesap QbitAI
Kuantum hesaplama hakkında konuşmaya devam edin.
Dün, Çin Bilimler Akademisi resmi olarak duyurmak için bir basın toplantısı düzenledi: "Dünyanın ilk klasik bilgisayarları geride bırakan ilk optik kuantum bilgisayarı Çin'de doğdu."
Tabii ki, bu şeyi övmelisiniz, ancak doğru duruşa sahip olmalısınız.
Birkaç nokta
Bazı insanlar heyecanlanırken, bu olayı "dünyanın ilk kuantum bilgisayarının doğuşu" olarak anladılar. Bu açıkça yanlış. Zhejiang Üniversitesi'nden Pan Jianwei, Lu Chaoyang, Zhu Xiaobo ve Wang Haohua gibi profesörler tarafından uzun süreli araştırmalardan sonra elde edilen sonuçları da doğru bir şekilde anlamadılar.
Bu kuantum bilgisayarın Çin'deki performansı nedir? Herkese açık bilgiler aracılığıyla görülebilir:
Şu anda yalnızca bir tek foton kuantum simülatörü var ve kuantum hesaplamanın paralelliği yoluyla doğrusal denklemlerin çözümünü hızlandırmanın uygulanabilirliğini kanıtladı.
Bu simülasyon makinesinin bilimsel araştırma için performansı, ilk elektronik tüplü bilgisayardan (1946 doğumlu) ve ilk transistörlü bilgisayardan (1954 doğumlu) 10-100 kat daha hızlıdır.
Aslında, bu konudaki atılım aşağıdaki üç boyutta yansıtılmaktadır:
1. Yüksek verimli çok tonlu Bose örneklemesi
Bose örneklemesi konusunda, kuantum algoritmalarının üstel bir avantajı var. Pan Jianwei'nin ekibi, Bose örneklemesini hesaplamada uzmanlaşmış bir foton bilgisayarı geliştirdi.Üç foton, dört foton ve beş foton Bose örneklemesini hesaplarken, hesaplama hızı yabancı meslektaşlarından ve önceki bilgisayarlardan daha hızlıdır.
İlgili makaleler:
2. Süperiletken devrelerde 10 bit dolaşıklık ve paralel mantık işlemlerini gerçekleştirin
Durum açıklandığı kadarıyla, süper iletken kuantum sistemlerindeki en yüksek bit dolanma sayısıdır ve bu da dünyada lider düzeydedir.
İlgili makaleler:
https://arxiv.org/pdf/1703.10302.pdf
3. Doğrusal denklemleri çözmek için süper iletken kuantum işlemcileri kullanın
Dört süperiletken kübit üzerinde, kuantum hesaplamanın paralelliği yoluyla doğrusal denklemleri çözmenin uygulanabilirliği kanıtlanmıştır.
İlgili makaleler:
https://arxiv.org/pdf/1703.06613.pdf
Önce bunun hakkında konuşalım. Anlarsanız, anlayacaksınız ve anlamadıysanız, yine de anlamamalısınız ... Bazı profesyoneller basit bir kübit özeti verdiler: bu harika bir sonuç, ancak yine de sakince ele alınması gerekiyor.
Temel ilkeler ve duruma genel bakış
Dün birçok okuyucu, kuantum bilgisayarları açıklamayı umarak arka planda mesajlar bıraktı. Daha sonra kübitler, kuantum bilgisayarlar hakkında güçlü bir şekilde konuşacaklar.
Şu anda, kuantum bilgisayarları uygulamanın birçok yolu var.Yukarıdaki Pan Jianwei ekibi süperiletken + çok tonlu yöntemini kullandı. Ek olarak, yarı iletken kuantum çipleri ve iyon tuzakları için yollar vardır.
Kuantum bilgisayarları üretmek için Google ve IBM, süper iletken devreler geliştirdiler.Yarı iletken endüstrisinde on yıllardır derinlemesine yer alan Intel, geleneksel silikon transistörleri kullanmayı umarken ionQ adlı bir şirket iyonları kullanıyor.
Temel prensip birden fazla değildir: kuantum mekaniğinin garip ve sezgisel dünyasına girin (üst üste binme durumları, dolaşıklık ve tünelleme dahil) ve hesaplamaları hızlandırın.
Bilgileri depolamak için 0 veya 1 bit kullanan geleneksel bilgisayarların aksine, kuantum bilgisayarlar bilgileri depolamak için kübit kullanır. Kübit tarafından saklanan bilgiler 0, 1 veya 0 ve 1 olabilir.
Kuantum mekaniği, mikroskobik nesnelerin "makul" bir durumda olabileceğine, yani bir atomun aynı anda iki durumda olabileceğine inanır.
Bir kübit, bilgiyi iki durumda, yani 0 ve 1 olarak depolayabilir. İki kübit, bilgiyi dört durumda depolayabilir, üçü 8 türle ve 4'ü 16 türle.
Kuantum bilgisayarların performansı, "kübitlerin" artmasıyla katlanarak artarken, geleneksel bilgisayarlar "bitler" kadar doğrusal olarak artar. Kuantum bilgisayarların performansının geleneksel bilgisayarların performansını aşacağı her zaman kritik bir nokta vardır.
Kuantum bilgisayarlar güzel görünse de, hala birçok zorluk var En büyük sorun, bu bilgisayarların doğruluğunun geleneksel bilgisayarlardan çok daha düşük olmasıdır. Bazı küçük rahatsızlıklar büyük hasara neden olabilir.
Kısa bir süre önce, IBM ile ionQ arasındaki bir kuantum bilgisayar yarışmasında, iki bilgisayarın yalnızca% 35 ve% 77 doğruluk oranları vardı.
Bu sadece 5 kübit durumudur Binlerce kübit varsa, kuantum bilgisayar doğru sonuçları alamayabilir.
Üstelik 5 kübitlik bilgisayar, bu aşamada dizüstü bilgisayarlarımızın çok gerisinde.
Kuantum bilgisayarlarla ilgili olarak, burada bir video olmalıdır.Toutiao numarasını eklemek sakıncalıdır. Görüntülemek için Qubit WeChat genel hesabına gidebilirsiniz. İngilizce bilen öğrenciler girebilir.
Nasıl görünüyor? Kestane ver
Bin kelime ve on bin kelime söyleyin, peki ya kuantum bilgisayarlar? Gerçek bir "kestane" alalım: D-Dalgası. Bu Kanadalı şirket, kuantum bilgisayar dünyasında tartışmalı bir yıldızdır.
D-Wave, dünyanın ilk ticari kuantum bilgisayarını geliştirdi. Yılın başında, 2000 kübiti işleyebilen dördüncü nesil ürünü piyasaya sürdüler: 2000Q, fiyatı 100 milyon yuan'dan fazla.
Ekipman ortamı
D-Wave 2000Q sisteminin uzunluğu, genişliği ve yüksekliği yaklaşık 3 × 2 × 3 (metre). Dahil olan donanım, sadece çivi büyüklüğünde bir QPU'yu desteklemek için karmaşık bir düşük sıcaklık soğutma sistemi, koruyucu kapak ve G / Ç sistemi içerir. . Soğutma sistemi, D-Wave 2000Q'nun fiziksel hacminin çoğunu kaplar.
Kuantum etkilerinin ortaya çıkma koşulları çok katıdır.
Kuantum işlemcisinin (QPU) mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda (-273,15 ° C) çalışması gerekir - manyetik alanları korumak, titreşimleri izole etmek ve harici faktörlerden gelen parazitlerin tümü mutlak sıfır sıcaklık ortamı gerektirir.
Kuantum durumunun kararlılığını korumak için kuantum bilgisayarını dünyanın manyetik alanından 50.000 kat daha zayıf (temelde hiçbir manyetik alana eşdeğer) ve atmosferik basınç dünyadan 10 milyar kat daha küçük (temelde bir vakuma eşdeğer) bir ortama yerleştirmek gerekir.
Bunların tümü, 0,015K (-273,135 ° C) gibi düşük bir sıcaklık ortamına ulaşan kapalı çevrimli bir buzdolabı aracılığıyla elde edilir. D-Wave'in "kuru" seyreltme buzdolabında sıvı helyum soğutucu kullanılır.
Sıcaklık, QPU kısmı mutlak sıfıra yaklaşana kadar üst kısımdaki oda sıcaklığından kademeli olarak azalır. (50K: -223.15 ° C, 4K: -269.15 ° C, 1K: -272.15 ° C, 100mK: -273.05 ° C, 15mK: -273.135 ° C, mutlak sıfır: -273.15 ° C)
QPU hakkında
D-Wavein QPUsu birkaç niyobyum minyatür halkası içeren bir kafesten oluşur, her kafes bir kübittir. 9.2K'nın altındaki sıcaklıklarda, niyobyum bir süper iletken haline gelir ve kuantum mekaniksel etkiler sergiler.
Kuantum durumunda, akım aynı anda iki yönde akacaktır; bu, kübitin bir üst üste binme durumunda, yani aynı anda "0" ve "1" iki durumda olduğu anlamına gelir. Problem çözme sürecinin en sonunda, bu kuantum süperpozisyon durumu iki durumdan birine çökecektir: "0" veya "1".
Tek bir kübitten birden çok kübitten oluşan QPU'nun ilerlemesini gerçekleştirmek için, bilgi alışverişi için kübitler arasındaki ara bağlantı gereklidir. Kübitler, aynı zamanda bir süper iletken halka olan bir bağlayıcıyla bağlanır. Manyetik alanı kontrol eden kontrol devresi ile birlikte kübit ve kuplör arasındaki ara bağlantı, programlanabilir kuantum elemanlarının entegre bir yapısını oluşturur.
QPU soruna bir çözüm bulduğunda, tüm kübitler son hallerinde stabilize olacak ve taşıdıkları değerler bir bit dizisi şeklinde kullanıcıya geri gönderilecektir.
D-Wave 2000Q sistemi, 2048 kübite ve 5600'e kadar kuplör tutabilir. Bu ölçeğe ulaşmak için 128.000 Josephson bağlantısı kullandı ve bu da o zamanlar D-Wave 2000Q'nun QPU'sunu tarihteki en karmaşık süper iletken entegre devre haline getirdi.
D-Wave'in sistemi, çoğu ön uç sunucuları soğutmak ve çalıştırmak için kullanılan 25 kilovattan daha az enerji tüketir. Bir su soğutma sistemine olan talep, bir mutfak musluğunun sağlayabileceği su miktarına eşittir ve gerekli klima seviyesi, aynı ölçekte bir sistemin onda biridir.
Günümüzde trilyonlarca milyarlarca süper bilgisayarın enerji tüketimi, kabaca Hoover Barajı tarafından üretilene eşittir.
Tavlama algoritması
Klasik hesaplama yöntemlerinden oldukça farklı olan D-Wave'in kuantum bilgisayarı, problemleri çözmek için kuantum tavlama algoritmalarını kullanır, yani gerçek dünyadaki kuantum sistemlerinin doğal eğilimini düşük güç durumlarını bulmak için kullanır.
Optimal çözüm problemini temsil etmek için farklı yüksekliklerde bir topografik harita kullanılırsa, topografik haritadaki her bir koordinat olası bir çözümü temsil eder ve her noktanın yüksekliği güç tüketimini temsil eder, o zaman en iyi çözüm vadide olur. En derin noktada en alçak noktada.
Hesaplama işlemi, kuantum işlemcisinin (QPU) bilinen bir sorunun temel durumuna başlatılmasıyla tamamlanırken, sistemin çözülecek soruna doğru tavlanmasına izin verir ve bu da hesaplama işlemi boyunca düşük bir güç tüketimi durumunu korumasına izin verir. (Geniş bir alandaki en düşük noktayı bulun)
Hesaplama tamamlandıktan sonra, her kübit "0" veya "1" durumunda sunulur ve son durum, çözülecek problemin optimal çözümü veya yaklaşık optimal çözümü olacaktır.
Aynı zamanda orijinal İngilizce ses olan bir video önerisi de var. Görüntüleme yöntemi yukarıdaki ile aynı ~
Nasıl programlanır
D-Wave 2000Q sistemi, standart bir ağ API'si (RESTful hizmetlerine dayalı olarak) sağlar ve istemci kitaplığı C / C ++, Python ve MATLAB dillerine açıktır.
İşletim arabirimi, kullanıcıların sisteme ağ üzerinde bir bulut kaynağı olarak erişmesine olanak tanır ve kullanıcılar, bunu yüksek performanslı bilgi işlem ortamlarına ve veri merkezlerine entegre etmeyi de seçebilir.
Sistemi programlamak için, kullanıcının çözülecek problemi "geniş bir alandaki en alçak noktayı bulma" modeline haritalaması gerekir. Kullanıcılar sisteme birçok farklı yolla soru gönderebilirler. Sonunda sorun, kübitin ağırlığına ve bağlayıcının gücüne eşdeğer olacak bir değerler kümesi olarak görünecektir.
Sistem bu değerleri ve diğer kullanıcı tanımlı parametreleri içerecek ve QPU'ya bir QMI komutu gönderecektir. Sorunun çözümü, "güç tüketimi topografik haritası" üzerindeki en düşük nokta olan kübit tarafından bulunan optimum konfigürasyon olacaktır. Bu değerler, ağdaki kullanıcı programına döndürülecektir.
Kuantum bilgisayar deterministik olmaktan çok olasılıklıdır, bu yüzden kullanıcıya birden fazla değer seti döndürebilir.Sistem tarafından bulunan en iyi çözümü sağlamakla kalmaz, aynı zamanda aralarından seçim yapabileceğiniz diğer mükemmel alternatifler de sunar. Kullanıcılar, sistemin kendilerine göndereceği çözümlerin sayısını belirleyebilir.
D-Wave sistemi, klasik bilgisayarları tamamlayacak şekilde tasarlanmıştır. Yüksek performanslı bilgi işlem sistemlerine (HPC) yardımcı olabilecek birçok kuantum bilgisayar örneği vardır. Ek olarak, kuantum bilgisayarlar ayrık optimizasyon için çok uygundur, HPC ise büyük ölçekli sayısal simülasyonlarda daha iyi performans gösterir.
Yetenekler ve uygulamalar
D-Wave'in amiral gemisi ürünü, dünyanın en gelişmiş kuantum bilgisayarlarından biri olan 2000 kbitlik D-Wave 2000Q kuantum bilgisayardır. Bu bilgisayar, hesaplamaları büyük ölçekte hızlandırmak için kuantum mekaniğini kullanan yeni bir tür süper iletken işlemciye dayanıyor.
D-Wave 2000Q, aşağıdakiler gibi birçok alandaki karmaşık problemleri çözmek için en uygun olanıdır:
· Optimizasyon
· Makine öğrenme
· Örnekleme / Monte Carlo
· Örüntü tanıma ve anormallik algılama
· siber güvenlik
· Görüntü analizi
· Finansal analiz
· Yazılım / donanım denetimi ve onayı
· Biyoinformatik / Kanser Araştırmaları
D-Wave'in ilk müşterisi, savunma endüstrisi yüklenicisi Lockheed Martin'dir. Bu bir Amerikan havacılık ve uzay üreticisidir ve askeri uçak geliştirmesi ve üretmesi ile tanınmaktadır. Lockheed Martin, D-Wave'in kuantum hesaplama sistemini satın aldı.
2013 yılında Google, NASA (Ulusal Havacılık ve Uzay İdaresi) ve USRA (Üniversite Uzay Araştırmaları Derneği) ortaklaşa bir kuantum yapay zeka laboratuvarı kurdu ve NASA'nın Ames Araştırma Merkezi'ne D-Wave kuantum bilgisayarları kurdu. Bilim adamları, kuantum hesaplamanın potansiyelini ve web araması, konuşma tanıma, planlama ve zamanlama, hava trafiği kontrolü ve diğer gezegenlerde robot görevlerinin desteklenmesi ve kontrolü gibi karmaşık problem işlemedeki uygulama kapsamını keşfetmeye çalışıyorlar.
2015 yılında Google, sonuçları donanım optimizasyonu ile ilgili temel testlerden geçirdi. D-Wave sisteminde çalışan görevler, "yaklaşık 1000 ikili değişken içeren hesaplamalar için, kuantum bilgisayarların performansının geleneksel bilgisayarlardan tamamen daha iyi olduğu görülebilir. Geleneksel tek çekirdekli analog bilgisayarlardan 108 kat daha hızlıdır."
2016 yılında Los Alamos Ulusal Laboratuvarı (Los Alamos Ulusal Laboratuvarı), kuantum tavlama teknolojisini incelemek için D-Wave sistemini kullanma yeteneği için başvurdu. Şu anda, bilim adamları farklı meclislerde ilerleme kaydetti.
Kuantum hesaplama hala çok ileri bir alandır ve gerçek bir evrensel kuantum hesaplama derecesi yoktur. Sözde kuantum üstünlüğü, kuantum bilgisayarların bir gün performans açısından geleneksel klasik bilgisayarları geçeceği umududur.
Her şey hızla gelişiyor ve kübitler bunu bugün açıklamaya zorlanıyor.
==== Bölen çizgi ====
İşe Alım
Qubit, editörleri, muhabirleri, operasyonları, ürünleri ve diğer pozisyonları işe alıyor ve çalışma yeri Pekin, Zhongguancun'da bulunuyor. İlgili ayrıntılar için lütfen şu yanıtı verin: resmi hesabın diyalog arayüzünde "İşe Alım".
Bir şey daha...
Bugün AI dünyasında dikkat etmeye değer başka ne var? Yapay zeka endüstrisini ve tüm ağımızdan toplanan araştırma eğilimlerini görmek için QbitAI genel hesap görüşme arayüzünde "bugün" yanıtını verin. Yeniden doldur ~
