TOKYO, 19 februari 2024 – (JCN Newswire) – Fujitsu heeft vandaag de ontwikkeling aangekondigd van een nieuwe techniek op een kwantumsimulator die kwantumklassieke hybride algoritmen versnelt, die zijn voorgesteld als een methode voor het vroege gebruik van kwantumcomputers, waarmee een rekensnelheid van 200 keer zo hoog is als bij eerdere simulaties. Voor kwantumcircuitberekeningen waarbij conventionele kwantum- en klassieke hybride algoritmen worden gebruikt, neemt het aantal keren kwantumcircuitberekeningen toe, afhankelijk van de schaal van het op te lossen probleem. Problemen op grotere schaal waarvoor veel qubits nodig zijn, waaronder simulaties op het gebied van materialen en medicijnontdekking, kunnen zelfs enkele honderden dagen duren.

De nieuw ontwikkelde technologie maakt gelijktijdige verwerking mogelijk van een groot aantal herhaaldelijk uitgevoerde kwantumcircuitberekeningen, verdeeld over meerdere groepen. Fujitsu heeft ook een manier bedacht om problemen op grote schaal te vereenvoudigen met minder verlies aan nauwkeurigheid door gebruik te maken van een van 's werelds grootste kwantumsimulators (1)het heeft zich ontwikkeld. Fujitsu heeft het mogelijk gemaakt om in slechts één dag berekeningen uit te voeren op een kwantumsimulator, wat met conventionele methoden naar schatting 200 dagen zou duren. Als gevolg hiervan is het nu mogelijk om simulaties van grootschalige kwantumberekeningen binnen een realistisch tijdsbestek te voltooien en het gedrag van grotere moleculen te simuleren, berekend door een hybride kwantum-klassiek algoritme, wat leidt tot de ontwikkeling van algoritmen.

Fujitsu is van plan deze technologie op te nemen in zijn hybride kwantumcomputerplatform om het onderzoek naar de praktische toepassing van kwantumcomputers op verschillende gebieden, waaronder financiën en medicijnontdekking, te versnellen. Bovendien zal Fujitsu deze technologie niet alleen toepassen op kwantumsimulators, maar ook om kwantumcircuitberekeningen op echte kwantumcomputers te versnellen.

Achtergrond

Hoewel de ontwikkeling van fouttolerante kwantumcomputers (FTQC (2)) momenteel wereldwijd vooruitgang boekt, worden de huidige kwantumcomputers met veel problemen geconfronteerd, zoals het onvermogen om de effecten van ruis te elimineren. Tegelijkertijd worden, om het nut van quantumcomputers vóór FTQC aan te tonen, praktische toepassingen voor kleine en middelgrote quantumcomputers (Noisy Intermediate-Scale Quantum Computer, NISQ) met een ruistolerantie van 100 tot 1,000 qubits bestudeerd.

Door VQE toe te passen (3), een typisch NISQ-algoritme, heeft Fujitsu bijvoorbeeld een kwantumsimulator ontwikkeld voor de ontwikkeling van kwantumapplicaties (4) en heeft gewerkt aan het versnellen van de berekening van kwantumcircuits zelf. Bij VQE neemt het aantal iteraties van de berekening van kwantumcircuits echter toe naarmate de omvang van het probleem toeneemt, waardoor het erg lang duurt om berekeningen uit te voeren, vooral bij grote problemen waarvoor veel qubits nodig zijn. Naar schatting duurt het enkele honderden keren. dagen voor een kwantumsimulator. Daarom was het moeilijk om kwantumalgoritmen voor praktisch gebruik te ontwikkelen.

Overzicht van de nieuw ontwikkelde technologie

Als reactie op dit probleem heeft Fujitsu een technologie ontwikkeld die 200 keer de prestatiesnelheid van conventionele technologieën bereikt door gelijktijdig meerdere herhaaldelijk uitgevoerde kwantumcircuitberekeningen te distribueren en de hoeveelheid kwantumcircuitberekeningen te verminderen door de verslechtering van de nauwkeurigheid te verminderen.

Gedistribueerde gelijktijdigheid van optimalisatieprocessen die herhaalde berekeningen van kwantumcircuits vereisen

Kwantum-klassieke hybride algoritmen streven naar een kwantumcircuit dat de laagste energietoestand biedt, bijvoorbeeld de grondtoestand van een molecuul, door af te wisselen tussen het proces van het uitvoeren van kwantumcircuitberekeningen en het proces van het optimaliseren van kwantumcircuitparameters (5) met behulp van een klassieke computer. Voor parameteroptimalisatie van kwantumcircuits door klassieke computers is het echter noodzakelijk om een ​​groot aantal kwantumcircuits met kleine veranderingen in parameters voor te bereiden, voor al deze kwantumcircuitberekeningen opeenvolgend uit te voeren en uit de resultaten de optimale parameters af te leiden. Dit vergt aanzienlijke rekentijd, vooral bij problemen op grotere schaal. Het vergroten van het aantal knooppunten, simpelweg om de circuitberekening te versnellen, werd traditioneel beperkt door communicatieoverhead, en er waren nieuwe technologieën nodig.

Gefocust op het feit dat kwantumcircuits met kleine parameterveranderingen kunnen worden uitgevoerd zonder elkaar te beïnvloeden, heeft Fujitsu een gedistribueerde verwerkingstechnologie ontwikkeld waarmee elke groep verschillende kwantumcircuits kan uitvoeren door de rekenknooppunten van de kwantumsimulator in meerdere groepen te verdelen en RPC te gebruiken. (6)technologie om kwantumcircuitberekeningstaken via het netwerk in te dienen. Met behulp van deze technologie kunnen meerdere kwantumcircuits met verschillende parameters gelijktijdig worden gedistribueerd en berekend, en kan de rekentijd worden teruggebracht tot 1/70ste van de conventionele technologie.

Omdat de rekenhoeveelheid in het kwantumklassieke hybride algoritme bovendien evenredig is met het aantal termen in de vergelijking van het op te lossen probleem, en het aantal termen de vierde macht is van het aantal qubits in de algemene VQE, de rekenhoeveelheid neemt toe naarmate de probleemschaal groter wordt, en het resultaat kan niet binnen een realistische tijd worden verkregen. Door simulaties van grote moleculen met behulp van 32 qubits van een van 's werelds grootste 40 qubit-kwantumsimulators heeft Fujitsu ontdekt dat de verhouding van termen met kleine coëfficiënten tot het totale aantal termen toeneemt naarmate de schaal groter wordt, en dat het effect van termen met kleine coëfficiënten toeneemt. coëfficiënten op de uiteindelijke resultaten van berekeningen zijn minimaal. Door van dit kenmerk te profiteren, kon Fujitsu zowel het aantal termen in de vergelijking verminderen als een verslechtering van de rekennauwkeurigheid voorkomen, waardoor de rekentijd van het kwantumcircuit met ongeveer 80% werd verminderd.

Door deze twee technologieën te combineren kon Fujitsu voor het eerst ter wereld aantonen dat het bij gedistribueerde verwerking van 1024 rekenknooppunten in 8 groepen voor een probleem van 32 qubits mogelijk was om een ​​kwantumsimulatieruntime van 32 qubits in één keer te realiseren. dag, vergeleken met de vorige schatting van 200 dagen. Verwacht wordt dat dit de ontwikkeling van kwantumalgoritmen voor problemen met een groot aantal qubits en de toepassing van kwantumcomputers op het gebied van materialen en financiën zal bevorderen.

Yukihiro Okuno, Senior Research Scientist, Analysis Technology Center, Fujifilm Corporation, zegt:

‘We onderzoeken de toepassing van kwantumcomputers op de ontwikkeling van materialen. Onder hen is het gebruik van VQE in NISQ-apparaten een essentiële overweging. Wij verwachten dat deze versnellingstechnologie de principeverificatie van het VQE-algoritme enorm zal versnellen.�

Tsuyoshi Moriya, vice-president, Digital Design Center, Tokyo Electron Limited, zegt:

“We bestuderen het gebruik van VQE om de energie van moleculen gerelateerd aan halfgeleidermaterialen te berekenen, om de elektronische structuur en fysische eigenschappen van specifieke materialen te voorspellen, en om chemische reacties in halfgeleiderproductieprocessen te optimaliseren. We hopen dat het versnellen van dit proces ons in staat zal stellen om snel het principe en de effectiviteit van het VQE-algoritme te verifiëren en het nut ervan te ontdekken. NISQ-apparaten waarvan het gebruik wordt beperkt door ruis en fouten, zullen met het oog op deze beperkingen worden overwogen

[1] Een van 's werelds grootste kwantumsimulators:Het is een van 's werelds grootste permanente speciale eenheden van State Vector (vanaf februari 2024, volgens Fujitsu), een universele kwantumcircuitsimulatiemethode.
[2] FTQC:Fouttolerante kwantumcomputer. Kwantumcomputer die kwantumberekeningen foutloos kan uitvoeren en tegelijkertijd kwantumfouten kan corrigeren.
[3] VQE:Afkorting voor Variational Quantum Eigensolver, een techniek voor het bepalen van de energie van materie door herhaalde berekeningen met een kwantumcomputer en optimalisatie met een klassieke computer.
[4] Een kwantumsimulator voor de ontwikkeling van kwantumapplicaties:Fujitsu bereikt grote technische mijlpaal met 's werelds snelste 36 qubit-kwantumsimulator (30 maart 2022)
[5] Quantumcircuitparameters:Rotatiehoek van de poort van het kwantumcircuit voor het aanpassen van de referentie-kwantumtoestand naar een fysiek betekenisvolle kwantumtoestand.
[6] RPC:Afkorting van Remote Procedure Call. De kunst van het uitvoeren van een proces van de ene computer naar de andere via een netwerk of iets dergelijks.

Over Fujitsu

Het doel van Fujitsu is om de wereld duurzamer te maken door door middel van innovatie vertrouwen in de samenleving op te bouwen. Als de partner voor digitale transformatie bij uitstek voor klanten in meer dan 100 landen, werken onze 124,000 medewerkers aan het oplossen van enkele van de grootste uitdagingen waarmee de mensheid wordt geconfronteerd. Ons aanbod van diensten en oplossingen is gebaseerd op vijf sleuteltechnologieën: computers, netwerken, AI, data en beveiliging en convergerende technologieën, die we samenbrengen om duurzaamheidstransformatie te realiseren. Fujitsu Limited (TSE:6702) rapporteerde een geconsolideerde omzet van 3.7 biljoen yen (28 miljard dollar) voor het fiscale jaar dat eindigde op 31 maart 2023 en blijft qua marktaandeel het grootste digitale dienstenbedrijf in Japan. Meer te weten komen: www.fujitsu.com.

Druk op Contacten
Fujitsu Limited
Divisie Public en Investor Relations
vragen

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://www.jcnnewswire.com/pressrelease/89016/3/