طوكيو، 19 فبراير 2024 – (JCN Newswire) – أعلنت شركة فوجيتسو اليوم عن تطوير تقنية جديدة لمحاكاة كمومية تعمل على تسريع الخوارزميات الهجينة الكمومية الكلاسيكية، والتي تم اقتراحها كوسيلة للاستخدام المبكر لأجهزة الكمبيوتر الكمومية، مما يحقق سرعة حسابية 200 مرة لعمليات المحاكاة السابقة. بالنسبة لحسابات الدوائر الكمومية باستخدام الخوارزميات الكمومية التقليدية والهجينة الكلاسيكية، يزداد عدد مرات حساب الدوائر الكمومية اعتمادًا على حجم المشكلة التي يتعين حلها. إن المشكلات واسعة النطاق التي تتطلب العديد من الكيوبتات، بما في ذلك عمليات المحاكاة في مجالات اكتشاف المواد والأدوية، قد تتطلب عدة مئات من الأيام.
تتيح التكنولوجيا المطورة حديثًا المعالجة المتزامنة لعدد كبير من حسابات الدوائر الكمومية المنفذة بشكل متكرر والموزعة بين مجموعات متعددة. ابتكرت فوجيتسو أيضًا طريقة لتبسيط المشكلات على نطاق واسع مع فقدان أقل للدقة باستخدام أحد أكبر أجهزة المحاكاة الكمومية في العالم (1) لقد تطورت. لقد أتاحت شركة فوجيتسو إجراء عمليات حسابية على جهاز محاكاة كمي في يوم واحد فقط، وهو ما قد يستغرق ما يقدر بنحو 200 يوم لاستكماله بالطرق التقليدية. ونتيجة لذلك، أصبح من الممكن الآن إكمال عمليات محاكاة للحسابات الكمومية واسعة النطاق ضمن إطار زمني واقعي ومحاكاة سلوك الجزيئات الأكبر حجمًا المحسوبة بواسطة خوارزمية كمومية كلاسيكية هجينة، مما يؤدي إلى تطوير الخوارزمية.
وتخطط فوجيتسو لدمج هذه التكنولوجيا في منصة الحوسبة الكمومية الهجينة لتسريع البحث في التطبيق العملي لأجهزة الكمبيوتر الكمومية في مختلف المجالات، بما في ذلك التمويل واكتشاف الأدوية. بالإضافة إلى ذلك، لن تقوم فوجيتسو بتطبيق هذه التقنية على أجهزة المحاكاة الكمومية فحسب، بل ستقوم أيضًا بتسريع حسابات الدوائر الكمومية على أجهزة الكمبيوتر الكمومية الفعلية.
خلفيّة
على الرغم من أن تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية المتسامحة مع الأخطاء (FTQC)2)) تتقدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية حاليًا على مستوى العالم، وتواجه العديد من المشكلات، مثل عدم القدرة على التخلص من تأثيرات الضوضاء. في الوقت نفسه، من أجل إثبات فائدة أجهزة الكمبيوتر الكمومية قبل FTQC، تتم دراسة التطبيقات العملية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية الصغيرة والمتوسطة الحجم (الكمبيوتر الكمي متوسط الحجم الصاخب، NISQ) مع تحمل ضوضاء يتراوح بين 100 إلى 1,000 كيوبت.
من خلال تطبيق VQE (3)، وهي خوارزمية NISQ النموذجية، على سبيل المثال، قامت شركة Fujitsu بتطوير جهاز محاكاة كمي لتطوير التطبيقات الكمومية (4) ويعمل على تسريع حساب الدائرة الكمومية نفسها. ومع ذلك، في VQE، يزداد عدد تكرارات حساب الدائرة الكمومية مع زيادة حجم المشكلة، لذلك يستغرق إجراء الحساب وقتًا طويلاً جدًا، خاصة بالنسبة للمشاكل الكبيرة التي تتطلب العديد من الكيوبتات، ويقدر أن الأمر يستغرق عدة 100 أيام لمحاكاة الكم. ولذلك، كان من الصعب تطوير خوارزميات كمومية للاستخدام العملي.
الخطوط العريضة للتكنولوجيا المتقدمة حديثا
استجابة لهذه المشكلة، طورت فوجيتسو تقنية تحقق سرعة أداء أعلى 200 مرة من التقنيات التقليدية من خلال التوزيع المتزامن لحسابات الدوائر الكمومية المتعددة المنفذة بشكل متكرر وتقليل كمية حسابات الدوائر الكمومية عن طريق تقليل تدهور الدقة.
التزامن الموزع لعمليات التحسين التي تتطلب حسابًا متكررًا للدوائر الكمومية
تبحث الخوارزميات الهجينة الكلاسيكية الكمومية عن دائرة كمومية توفر أدنى حالة طاقة، على سبيل المثال، الحالة الأرضية للجزيء، عن طريق التناوب بين عملية إجراء حساب الدائرة الكمومية وعملية تحسين معلمات الدائرة الكمومية (5) باستخدام جهاز كمبيوتر كلاسيكي. ومع ذلك، لتحسين معلمات الدوائر الكمومية بواسطة أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية، فمن الضروري إعداد عدد كبير من الدوائر الكمومية مع تغييرات صغيرة في المعلمات، وإجراء حساب الدوائر الكمومية لجميعهم بالتتابع، واستخلاص المعلمات المثالية من النتائج. وهذا يتطلب وقتا طويلا للحساب، وخاصة بالنسبة للمسائل واسعة النطاق. إن زيادة عدد العقد لمجرد تسريع حساب الدائرة كان تقليديًا محدودًا بسبب عبء الاتصالات، وكانت هناك حاجة إلى تقنيات جديدة.
بالتركيز على حقيقة أن الدوائر الكمومية ذات التغييرات الصغيرة في المعلمات يمكن تنفيذها دون التأثير على بعضها البعض، طورت فوجيتسو تقنية معالجة موزعة تمكن كل مجموعة من تنفيذ دوائر كمومية مختلفة عن طريق تقسيم العقد الحسابية للمحاكي الكمي إلى مجموعات متعددة واستخدام RPC (6) تقنية لتقديم وظائف حساب الدوائر الكمومية من خلال الشبكة. باستخدام هذه التقنية، يمكن توزيع وحساب دوائر كمومية متعددة ذات معلمات مختلفة في وقت واحد، ويمكن تقليل وقت الحساب إلى 1/70 من التكنولوجيا التقليدية.
بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن الكمية الحسابية في الخوارزمية الهجينة الكمومية الكلاسيكية تتناسب مع عدد الحدود في معادلة المشكلة المراد حلها، وعدد الحدود هو القوة الرابعة لعدد البتات الكمومية في VQE العام، وتزداد الكمية الحسابية مع زيادة حجم المشكلة، ولا يمكن الحصول على النتيجة في زمن واقعي. من خلال محاكاة الجزيئات الكبيرة باستخدام 32 كيوبتًا من واحدة من أكبر المحاكيات الكمومية 40 كيوبتًا في العالم، وجدت فوجيتسو أن نسبة الحدود ذات المعاملات الصغيرة إلى إجمالي عدد الحدود تزداد مع زيادة المقياس، وأن تأثير الحدود ذات المعاملات الصغيرة المعاملات على النتائج النهائية للحسابات ضئيلة. ومن خلال الاستفادة من هذه الخاصية، تمكنت فوجيتسو من تحقيق انخفاض في عدد الحدود في المعادلة ومنع التدهور في دقة الحساب، وبالتالي تقليل وقت حساب الدائرة الكمومية بنسبة 80% تقريبًا.
من خلال الجمع بين هاتين التقنيتين، تمكنت فوجيتسو من إثبات لأول مرة في العالم أنه عند المعالجة الموزعة لـ 1024 عقدة حسابية في 8 مجموعات لمسألة 32 كيوبت، كان من الممكن تحقيق وقت تشغيل محاكاة كمومية يبلغ 32 كيوبت في واحدة. يوم، مقارنة بالتقدير السابق البالغ 200 يوم. ومن المتوقع أن يؤدي ذلك إلى تطوير خوارزميات الكم للمشاكل المتعلقة بعدد كبير من الكيوبتات وتطبيق أجهزة الكمبيوتر الكمومية في مجالات المواد والتمويل.
يعلق يوكيهيرو أوكونو، كبير علماء الأبحاث، مركز تكنولوجيا التحليل، شركة Fujifilm:
"نحن ندرس تطبيق أجهزة الكمبيوتر الكمومية لتطوير المواد. من بينها، يعد استخدام VQE في أجهزة NISQ أحد الاعتبارات الأساسية. ونتوقع أن تعمل تقنية التسريع هذه على تسريع عملية التحقق المبدئية لخوارزمية VQE بشكل كبير
علق تسويوشي موريا، نائب الرئيس، مركز التصميم الرقمي، شركة طوكيو إلكترون المحدودة:
نحن ندرس استخدام VQE لحساب طاقة الجزيئات المتعلقة بمواد أشباه الموصلات، للتنبؤ بالبنية الإلكترونية والخصائص الفيزيائية لمواد معينة، ولتحسين التفاعلات الكيميائية في عمليات تصنيع أشباه الموصلات. نأمل أن يتيح لنا تسريع هذه العملية التحقق بسرعة من مبدأ وفعالية خوارزمية VQE واكتشاف فائدتها. سيتم النظر في أجهزة NISQ التي يقتصر استخدامها على الضوضاء والأخطاء مع مراعاة هذه القيود
[1] واحدة من أكبر أجهزة المحاكاة الكمومية في العالم:إنها واحدة من أكبر الوحدات المخصصة الدائمة في العالم لـ State Vector (اعتبارًا من فبراير 2024، وفقًا لفوجيتسو)، وهي طريقة عالمية لمحاكاة الدوائر الكمومية.
[2] فتقك:الكمبيوتر الكمي المتسامح مع الأخطاء. كمبيوتر كمي قادر على تنفيذ الحسابات الكمومية دون خطأ أثناء تصحيح الخطأ الكمي.
[3] VQE :اختصار لـ Variational Quantum Eigensolver، وهي تقنية لتحديد طاقة المادة عن طريق تكرار العمليات الحسابية باستخدام كمبيوتر كمي وتحسينها باستخدام كمبيوتر كلاسيكي.
[4] محاكاة الكم لتطوير التطبيقات الكمومية:تحقق شركة Fujitsu إنجازًا تقنيًا كبيرًا باستخدام أسرع جهاز محاكاة كمي 36 كيوبت في العالم (30 مارس 2022)
[5] معلمات الدائرة الكمومية :زاوية دوران بوابة الدائرة الكمومية لضبط الحالة الكمومية المرجعية إلى حالة كمومية ذات معنى ماديًا.
[6] معدل عائد النقرة:اختصار لاستدعاء الإجراء عن بعد. فن إجراء عملية من كمبيوتر إلى آخر عبر شبكة أو ما شابه.
حول فوجيتسو
هدف فوجيتسو هو جعل العالم أكثر استدامة من خلال بناء الثقة في المجتمع من خلال الابتكار. باعتبارنا شريك التحول الرقمي المفضل للعملاء في أكثر من 100 دولة، يعمل موظفونا البالغ عددهم 124,000 على حل بعض أكبر التحديات التي تواجه البشرية. تعتمد مجموعة خدماتنا وحلولنا على خمس تقنيات رئيسية: الحوسبة، والشبكات، والذكاء الاصطناعي، والبيانات والأمن، والتقنيات المتقاربة، والتي نجمعها معًا لتحقيق تحول مستدام. أعلنت شركة Fujitsu Limited (TSE:6702) عن إيرادات مجمعة بلغت 3.7 تريليون ين (28 مليار دولار أمريكي) للسنة المالية المنتهية في 31 مارس 2023، ولا تزال الشركة الأولى في مجال الخدمات الرقمية في اليابان من حيث حصة السوق. اكتشف المزيد: www.fujitsu.com.
الصحافة اتصالات
فوجيتسو المحدودة
قسم العلاقات العامة والمستثمرين
استفسارات
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://www.jcnnewswire.com/pressrelease/89016/3/
