Ad interim Drží Tajomstvo k vytvoreniu kvantových počítačov

Kvantové počítače sú kľúčom k dosiahnutiu toho, čo je v dnešných konvenčných počítačových systémoch nemožné. Zatiaľ čo ešte nebol vytvorený plne funkčný, kvantové simulátory - alebo menšie systémy určené na riešenie špecifických problémov - už preukázali schopnosť prekonať moderné superpočítače pri určitých úlohách.

Tieto kvantové štruktúry môžu vykonávať nespočetné množstvo operácií pri smiešnych rýchlostiach. To by sa mohlo zdať len ako prínos, ale Dr. Giuseppe Carleo z Centra pre výpočtovú kvantovú fyziku na Flatiron Institute v New Yorku vysvetľuje, že najväčší prínos kvantových počítačov je vlastne hlavnou prekážkou.

„Kontrola správneho fungovania prenosného počítača je pomerne jednoduchá, robí to isté pre kvantové počítače je zložitejšie,“ hovorí Carleo obrátený, „Pri každom spustení programu je výstup nedeterministický, čo vedie k mnohým odpovediam na jednu otázku. To je to, čo robí kvantový počítač tak mocným, ale tiež to znamená, že je ťažšie posúdiť, či sú tieto výsledky úplne náhodné alebo či sú správne. “

Ale Carleo a skupina medzinárodných výskumníkov prišli na spôsob, ako rýchlo auditovať komplexné kvantové systémy pomocou umelej inteligencie. Ich štúdium, ktoré bolo uverejnené v časopise Fyzika prírody 26. februára poskytuje techniku, ktorá bude potrebná na preukázanie, že kvantové počítače budúcnosti skutočne pracujú.

Spôsob, akým kvantové systémy ukladajú informácie, je to, čo ich robí tak ťažko overiteľnými.

Najmenšia jednotka dát v počítači je trochu, čo musí byť jedna alebo nula. Kvantové výpočtové systémy používajú „qubits“, ktoré môžu predstavovať obidva a súčasne. Táto drobná zmena umožňuje týmto počítačom riešiť nepredstaviteľné množstvo úloh. Séria 50 qubitov môže predstavovať 10 000 000 000 000 000 čísiel, čo by zaberalo petabyty priestoru v tradičnom počítači a vedci by sa nemohli vrátiť a skontrolovať.

Carleo a jeho vysoké školy používali techniky strojového učenia, aby v podstate skontrolovali prácu kvantových systémov, čo nie je možné použiť konvenčnými metódami.

„Tieto stroje dokážu zachytiť podstatu kvantového systému veľmi kompaktným spôsobom,“ povedal Carleo. „Neurónové siete chápu príslušné funkcie v týchto extrémne zložitých systémoch viac-menej automaticky. Dokážu pochopiť túto zložitosť a transformovať ju, aby porozumeli jej základným štruktúram. “

Toto nie je prvýkrát, čo výskumníci použili A.I. urobiť niečo také, ale Carleova práca je schopná analyzovať prepracovanejšie systémy ako výskum, ktorý jej predchádzal.

Qubits sú organizované do rôznych tvarov na riešenie rôznych problémov. Predchádzajúce neurónové siete boli schopné kontrolovať iba jednorozmerné systémy, takže priamka qubits. Táto štúdia bola úspešne schopná skontrolovať „dvojrozmerné“ a „mriežkové“ polia qubitov.

„Aby sme charakterizovali všeobecnejšie kvantové programy, musíme ísť nad rámec tejto jednorozmernej štruktúry qubitov,“ uviedol Carleo. „Naša technika je v tomto smere krokom vpred, aby sme mohli riešiť svojvoľné obvinenia z qubitov.“

Tento výskum ukazuje, že vytvorenie plne funkčného kvantového počítača bude úplne závislé od strojového učenia. Bez týchto druhov hlbokého učenia algoritmy bez ohľadu na to, koľko kvantových systémov vedci zhromaždiť, tam by žiadny spôsob, ako dokázať, že skutočne fungujú.

Ad interim je kľúčom k svätému grálu modernej výpočtovej techniky.