Квантові комп'ютери обіцяють швидше рішення певних проблем, але довести ці переваги було складним. Нове дослідження тепер вказує на більш конкретну перемогу в області приблизної оптимізації.

Даніель Лідар з Університету Південної Каліфорнії (USC) очолив проект.

Команда зосередилась на тому, щоб показати, як квантове обладнання пропонує краще масштабування в міру зростання розмірів проблем, особливо коли ідеальні рішення не потрібні.

Квантовий прорив відпалу

Вчені давно теоретизували, що квантовий відпал може збільшити пошук майже оптимальних відповідей у ​​складних завданнях.

Вони визначають квантовий відпал як процес, коли спеціалізований комп'ютер досліджує багато можливостей одночасно, використовуючи Qubits, основні одиниці квантової інформації.

Це дослідження мало на меті перевірити, чи справді такий підхід б'є провідні класичні методи, особливо для вирішення більших проблем.

Він включав складні виклики на основі спіну, які часто використовуються для вимірювання ефективності вдосконалених методів обчислень.

Багато робочих місць у фінансах, логістиці та науці не вимагають ідеального результату, але їм потрібні хороші відповіді в межах певної маржі.

Традиційні суперкомп'ютери або масштабні сервери часто вирішують ці завдання, покладаючись на приблизні алгоритми.

Квантові команди припускають, що якщо спеціалізований пристрій може досягти майже оптимальних рішень з меншим загальним часом, це може заощадити як гроші, так і обчислювальні ресурси.

Ось чому демонстрація квантової установки, яка вирішує ці приблизні завдання оптимізації швидше, ніж класичні методи здивування багатьох експертів.

Квантова потужність зростає з спінами

Один із прикладів передбачає системні систем спін-скла, які виникають у фізиці, коли магнітні спіни стикаються способами, які не стабілізуються легко. Ці налаштування представляють проблеми в реальному світі, наповнені суперечливими взаємодіями.

Дослідники використовували сімейство екземплярів спін-скла, щоб перевірити, чи може квантовий відпал швидше знайти працездатні рішення. Вони спеціально вивчали проблеми, розташовані у двох вимірах, що створює дуже заплутану мережу спінів.

Хоча деякі ранні квантові демонстрації намагалися підтримувати послідовні вдосконалення, коли розмір проблеми зростає, ця робота показала перспективні прибутки для масштабування.

Дослідники націлювали ситуації, коли енергія рішення спиралася в даний діапазон найкращої відповіді.

Орієнтуючись на майже рішення, пристрій знайшов відповіді швидше та послідовно. Це призвело до переваги масштабування, коли завдання стали досить великими, щоб виділити різницю.

Виправлення помилок за допомогою квантового відпалу

Ці результати залежали від іншої методики під назвою Корекція квантового відпалу, яка призначена для зменшення помилок.

Шум може порушити крихкі квантові стани в машині, тому ця процедура стабілізує важливу інформацію шляхом групування кубітів у спеціальні конфігурації.

Дослідження показало, що цей захисний шар допоміг квантовому обладнанню підтримувати чіткий край над класичними алгоритмами. Поліпшення залишалися навіть у міру того, як розмір сітки спін-скла розширився на тисячі кубітів.

Команда покладалася на квантовий аналог Ad Advantage, розміщений в Інституті інформаційних наук USC. Ця машина побудована з надпровідними схемами, які реалізують квантові взаємодії, необхідні для відпалу.

Інші квантові комп'ютери застосовують підхід ворота, але спеціалізовані пристрої відпалу часто зосереджуються лише на оптимізації, використовуючи ретельно розроблені апаратні посилання.

Квантові комп’ютери можуть допомогти бізнесу

Працівники управління ланцюгами поставок, дизайну портфеля та планування можуть коли-небудь віддати перевагу квантової системи, якщо вона послідовно вдарить за цілі за менший час.

Багато великих корпорацій вже використовують передові алгоритми, але класичні методи можуть вимагати величезної кількості обробки в міру зростання проблем.

Пошук гнучких апаратних вдосконалень може зменшити робочі вузькі місця. Навіть граничний прискорення в масштабах може призвести до значних фінансових чи ресурсів.

Чому щось із цього має значення?

Квантові комп'ютери все ще стикаються з практичними перешкодами, включаючи надійність витрат та обладнання. Однак дослідники оптимістичні, що майбутні вдосконалення ще більше закриють розрив між лабораторіями та фабриками.

Вони зазначають, що машина D-Wave вже обробляє складні входи та швидко досліджує мільйони потенційних рішень. Більше питання полягає в тому, як незабаром воно акуратно розмістяться на існуючі операції.

Автори статті сподіваються вивчити більш жорсткі сценарії, включаючи більш густо пов'язані виклики. Вони припускають, що розширення розмірності цих завдань може виявити ще більше обчислювальних прискорень.

Він також підвищує можливість тестування інших схем виправлення квантових помилок. Вони можуть дати ще більш стійкі результати для широкого спектру завдань оптимізації.

Розширення кванту

Крім спеціалізованої обстановки проблем із спіно-склом, вчені передбачають зростаюче меню використання реального світу для квантового відпалу.

Деякі галузі потребують лише приблизних рішень для багатозмінних завдань, що робить їх хорошими збігами для цього стилю обчислень.

“Те, як працює квантовий відпал,-це пошук низькоенергетичних станів у квантових системах, які відповідають оптимальним або майже оптимальним рішенням проблем, які вирішуються”,-сказав Лідар.

Він пояснив, що квантові анальєри перевершують, коли простір пошуку величезна, але вимога полягає в тому, щоб залишатися в межах невеликої маржі помилок.

Програми оптимізації нового покоління

Хоча Hype часто оточує нові обчислювальні претензії, команда, що стоїть за цим проектом, підкреслила вимірювані хвилювання. Вони вважають, що реальне значення полягає у постійному збільшенні масштабування, а не лише миттєвих стрибках на невеликі проблеми.

Їх дані показують, що перевага квантового відпалу зростає у міру збільшення складності. Це суперечить старшим критикам, що квантові поліпшення зникають для значних завдань.

У міру покращення апаратного забезпечення воно може обробляти більше змінних, не втрачаючи точності. Це відкриває двері для програм оптимізації нового покоління.

Багато хто бачать майже оптимальні рішення як величезну економію ресурсів. Вони стверджують, що пошуки абсолютної досконалості можуть бути занадто дорогими або трудомісткими у багатьох полях.

Кілька провідних фірм слідкують за квантовим розлученням. Для них навіть помірний приріст продуктивності може підвищити щоденні операції.

Успіх в одній ніші може перейти на більш широке промислове та академічне використання, особливо якщо вартість квантових машин знижується. Тим часом класичні алгоритми продовжують вдосконалюватися, тому гонка не закінчиться незабаром.

Об'єднання ідей з академій, урядової лабораторії та промисловості викликало нові форми експериментів. Синергія в цьому дослідженні Об'єднана спеціалізована обладнання з передовою теорією.

Тепер, коли квантовий відпал показав перевагу масштабування, більше слідчих, швидше за все, перевірить його в інших важких випадках. Кожна нова демонстрація проливає світло на те, як квантова логіка може вирішити глибоко заплутані головоломки.

Дослідження опубліковано в журналі Листи фізичного огляду.

—–

Як те, що ви читали? Підпишіться на наш бюлетень для залучення статей, ексклюзивного контенту та останніх оновлень.

Перевірте нас на Earthsnap, безкоштовну програму, яку вам принесла Ерік Раллс та Земля.com.

—–