Colaboratorii de la Harvard și QuEra observă accelerarea cuantică în problemele de optimizare

BOSTON, 5 mai 2022 — O colaborare între Universitatea Harvard cu oameni de știință de la QuEra Computing, MIT, Universitatea din Innsbruck și alte instituții a demonstrat o aplicație inovatoare a procesoarelor cuantice cu atom neutru pentru a rezolva probleme pentru utilizare practică. Lucrarea condusă de profesorii Mikhail Lukin și Markus Greiner de la Harvard și Vladan Vuletic de la MIT, intitulată „Optimizarea cuantică a seturilor independente maxime folosind Rydberg Atom Arrays”, a fost publicată în Science Magazine pe 5 mai 2022.

Anterior, procesoarele cuantice cu atom neutru au fost propuse pentru a codifica eficient anumite probleme dificile de optimizare combinatorie. În această publicație de referință, autorii nu numai că implementează prima implementare eficientă de optimizare cuantică într-un computer cuantic real, dar și prezintă o putere hardware cuantică fără precedent.

Calculele au fost efectuate pe procesorul cuantic de 289 de qubiți de la Harvard, care funcționează în mod analog, cu adâncimi efective de circuit de până la 32. Spre deosebire de exemplele anterioare de optimizare cuantică, dimensiunea mare a sistemului și adâncimea circuitului utilizate în această lucrare au făcut imposibilă utilizarea simulărilor clasice pentru a pre-optimiza parametrii de control.. Un algoritm hibrid cuantic-clasic a trebuit să fie implementat într-o buclă închisă, cu feedback direct și automat către procesorul cuantic.

Această combinație de dimensiunea sistemului, adâncimea circuitului și controlul cuantic remarcabil a culminat cu un salt cuantic: s-a constatat că cazurile problematice au funcționat empiric mai bine decât se aștepta la procesorul cuantic în comparație cu euristica clasică. Caracterizând dificultatea instanțelor problemei de optimizare cu un „parametru de duritate”, echipa a identificat cazuri care au provocat computerele clasice, dar au fost rezolvate mai eficient cu procesorul cuantic cu atom neutru. Accelerarea cuantică superliniară a fost găsită în comparație cu o clasă de algoritmi clasici generici. Pachete cu sursă deschisă QuEra GenericTensorNetworks.jl Y Blockade.jl au fost esențiale în descoperirea cazurilor dificile și în înțelegerea randamentului cuantic.

„O înțelegere profundă a fizicii care stau la baza algoritmului cuantic, precum și limitările fundamentale ale omologul său clasic, ne-au permis să realizăm modalitățile în care mașina cuantică poate obține accelerație”, spune studenta absolventă de la Harvard, Madelyn Cain, și una dintre autorii principali. . Importanța potrivirii dintre problemă și hardware-ul cuantic este esențială pentru această lucrare: „În viitorul apropiat, pentru a extrage cât mai multă energie cuantică posibil, este esențial să se identifice problemele care pot fi mapate nativ la o arhitectură cuantică specifică, cu puțină sau deloc suprasolicitare”, a declarat Shengtao Wang, om de știință principal la QuEra Computing. dintre co-inventatorii algoritmilor cuantici utilizați în această lucrare, „și am realizat exact asta în această demonstrație”.

Problema „setului maxim independent”, rezolvată de echipă, este o sarcină dificilă paradigmatică în informatică și are aplicații largi în logistică, proiectare de rețele, finanțe și multe altele. Identificarea cazurilor de problemă clasice provocatoare cu soluții accelerate cuantic deschide calea pentru aplicarea calculului cuantic pentru a satisface nevoile industriale și societale din lumea reală.

„Aceste rezultate reprezintă primul pas în aducerea unui avantaj cuantic util problemelor dificile de optimizare relevante pentru mai multe industrii”, a adăugat Alex Keesling, CEO al QuEra Computing și coautor al lucrării publicate. „Suntem încântați să vedem că calculul cuantic începe să atingă nivelul necesar de maturitate în care hardware-ul poate informa dezvoltarea algoritmului dincolo de ceea ce poate fi prezis în avans cu metodele de calcul clasice. De asemenea, prezența unei accelerații cuantice pentru cazurile cu probleme dificile este extrem de încurajatoare. Aceste rezultate ne ajută să dezvoltăm algoritmi mai buni și hardware mai avansat pentru a aborda unele dintre cele mai dificile și relevante probleme de calcul.”

Această lucrare a fost susținută de DARPA, NSF, DOE, ARO, QuEra Computing și AWS.

Despre QuEra Computing Inc.

QuEra Computing Inc. a fost înființată pentru a construi cele mai puternice computere cuantice din lume pentru a răspunde problemelor imposibile în prezent. Construim stiva completă, co-dezvoltarea hardware, software și algoritmi pentru a permite cel mai înalt grad de avantaj cuantic utilizabil posibil. Hardware-ul nostru se bazează pe cercetările deținute de la Harvard și MIT, folosind matrice de atomi neutri, foarte scalabile, programabile, ca platformă lider în industrie. Scopul nostru este să abordăm probleme critice, dar clasice insolubile pentru aplicații comerciale din diverse sectoare, oferind acces la mașini de 256 de qubiți, ideale pentru rezolvarea problemelor de simulare cuantică și optimizare.


Sursa: Quera Computing Inc.

Add Comment