TOKYO, 19 Şubat 2024 – (JCN Newswire) – Fujitsu bugün, kuantum bilgisayarların erken kullanımına yönelik bir yöntem olarak önerilen kuantum-klasik hibrit algoritmaları hızlandıran ve önceki simülasyonların hesaplama hızının 200 katına ulaşan yeni bir kuantum simülatörü üzerinde geliştirildiğini duyurdu. Geleneksel kuantum ve klasik hibrit algoritmaların kullanıldığı kuantum devre hesaplamaları için, çözülecek problemin ölçeğine bağlı olarak kuantum devre hesaplamalarının sayısı artar. Malzeme ve ilaç keşif alanlarındaki simülasyonlar da dahil olmak üzere çok sayıda kubit gerektiren daha büyük ölçekli problemler, birkaç yüz gün bile gerektirebilir.

Yeni geliştirilen teknoloji, birden fazla gruba dağıtılmış, tekrar tekrar yürütülen çok sayıda kuantum devre hesaplamasının eşzamanlı olarak işlenmesine olanak tanıyor. Fujitsu ayrıca dünyanın en büyük ölçekli kuantum simülatörlerinden birini kullanarak daha az doğruluk kaybıyla büyük ölçekte sorunları basitleştirmenin bir yolunu da tasarladı (1) gelişmiştir. Fujitsu, geleneksel yöntemlerle tamamlanması tahminen 200 gün sürecek olan hesaplamaların bir kuantum simülatöründe yalnızca bir günde gerçekleştirilmesini mümkün kıldı. Sonuç olarak, artık büyük ölçekli kuantum hesaplama simülasyonlarını gerçekçi bir zaman dilimi içinde tamamlamak ve hibrit kuantum-klasik algoritma tarafından hesaplanan daha büyük moleküllerin davranışını simüle etmek mümkün; bu da algoritmanın geliştirilmesine yol açıyor.

Fujitsu, finans ve ilaç keşfi de dahil olmak üzere çeşitli alanlarda kuantum bilgisayarların pratik uygulamasına yönelik araştırmaları hızlandırmak için bu teknolojiyi hibrit kuantum bilgi işlem platformuna dahil etmeyi planlıyor. Ek olarak Fujitsu, bu teknolojiyi yalnızca kuantum simülatörlerine uygulamakla kalmayacak, aynı zamanda gerçek kuantum bilgisayarlardaki kuantum devre hesaplamalarını hızlandıracak.

Olayın Arka Planı

Hataya dayanıklı kuantum bilgisayarların (FTQC) geliştirilmesine rağmen (2)) şu anda dünya çapında ilerleme kaydederken, mevcut kuantum bilgisayarlar gürültünün etkilerini ortadan kaldıramama gibi birçok sorunla karşı karşıyadır. Aynı zamanda, kuantum bilgisayarların kullanışlılığını FTQC'den önce göstermek amacıyla, 100 ila 1,000 kübit gürültü toleransına sahip küçük ve orta ölçekli kuantum bilgisayarlara (Noisy Intermediate-Scale Quantum Computer, NISQ) yönelik pratik uygulamalar üzerinde çalışılıyor.

VQE uygulayarak (3), tipik bir NISQ algoritması olan Fujitsu, örneğin kuantum uygulama geliştirme için bir kuantum simülatörü geliştirmiştir (4) ve kuantum devre hesaplamasını hızlandırmak için çalışıyor. Ancak VQE'de problemin boyutu arttıkça kuantum devre hesaplamasının yineleme sayısı da artar, bu nedenle özellikle çok sayıda kübit gerektiren büyük problemler için hesaplamanın gerçekleştirilmesi çok uzun zaman alır ve birkaç 100 tekrarlamanın gerektiği tahmin edilmektedir. kuantum simülatörü için günler. Bu nedenle pratik kullanım için kuantum algoritmaları geliştirmek zordu.

Yeni geliştirilen teknolojinin ana hatları

Bu soruna yanıt olarak Fujitsu, tekrar tekrar yürütülen birden fazla kuantum devre hesaplamasını eş zamanlı olarak dağıtarak ve doğruluk bozulmasını azaltarak kuantum devre hesaplamalarının miktarını azaltarak geleneksel teknolojilerin performans hızının 200 kat daha fazlasını elde eden bir teknoloji geliştirdi.

Kuantum devrelerinin tekrar tekrar hesaplanmasını gerektiren optimizasyon süreçlerinin dağıtılmış eşzamanlılığı

Kuantum-klasik hibrit algoritmalar, kuantum devre hesaplaması gerçekleştirme süreci ile kuantum devre parametrelerini optimize etme süreci arasında geçiş yaparak en düşük enerji durumunu, örneğin bir molekülün temel durumunu sağlayan bir kuantum devresi arar (5) klasik bir bilgisayar kullanarak. Ancak kuantum devrelerinin klasik bilgisayarlar tarafından parametre optimizasyonu için, parametrelerde küçük değişikliklerle çok sayıda kuantum devresinin hazırlanması, bunların tümü için kuantum devre hesaplamalarının sıralı olarak yapılması ve sonuçlardan en uygun parametrelerin türetilmesi gerekmektedir. Bu, özellikle daha büyük ölçekli problemler için hesaplama için önemli miktarda zaman gerektirir. Devre hesaplamasını hızlandırmak için düğüm sayısını artırmak, geleneksel olarak iletişim yükü nedeniyle sınırlıydı ve yeni teknolojiler gerekliydi.

Küçük parametre değişiklikleri olan kuantum devrelerinin birbirini etkilemeden yürütülebileceği gerçeğine odaklanan Fujitsu, kuantum simülatörünün hesaplama düğümlerini birden fazla gruba bölerek ve RPC kullanarak her grubun farklı kuantum devrelerini yürütmesine olanak tanıyan dağıtılmış bir işleme teknolojisi geliştirdi. (6)kuantum devre hesaplama işlerini ağ üzerinden gönderme teknolojisi. Bu teknoloji kullanılarak farklı parametrelere sahip birden fazla kuantum devresi eş zamanlı olarak dağıtılıp hesaplanabiliyor ve hesaplama süresi geleneksel teknolojiye göre 1/70'e kadar azaltılabiliyor.

Ayrıca kuantum-klasik hibrit algoritmada hesaplama miktarı, çözülecek problemin denklemindeki terim sayısıyla orantılı olduğundan ve terim sayısı genel VQE'deki kübit sayısının dördüncü kuvveti olduğundan, problem ölçeği büyüdükçe hesaplama miktarı artmakta ve sonuca gerçekçi bir sürede ulaşılamamaktadır. Fujitsu, dünyanın en büyük 32 kubitlik kuantum simülatörlerinden birinin 40 kübitini kullanarak büyük moleküllerin simülasyonları yoluyla, ölçek arttıkça küçük katsayılı terimlerin toplam terim sayısına oranının arttığını ve küçük katsayılı terimlerin etkisinin arttığını buldu. Hesaplamaların nihai sonuçlarına ilişkin katsayılar minimumdur. Fujitsu, bu özelliğin avantajından yararlanarak hem denklemdeki terim sayısını azaltmayı hem de hesaplama doğruluğundaki bozulmayı önlemeyi başardı ve böylece kuantum devresi hesaplama süresini yaklaşık %80 oranında azalttı.

Fujitsu, bu iki teknolojiyi birleştirerek dünyada ilk kez, 1024 hesaplama düğümünün 8 kubitlik bir problem için 32 gruba dağıtılmasıyla tek seferde 32 kubitlik bir kuantum simülasyon çalışma süresi elde etmenin mümkün olduğunu göstermeyi başardı. önceki tahmin olan 200 güne kıyasla. Bunun, çok sayıda kübit içeren problemler için kuantum algoritmalarının geliştirilmesini ve kuantum bilgisayarların malzeme ve finans alanlarına uygulanmasını ilerletmesi bekleniyor.

Fujifilm Corporation Analiz Teknoloji Merkezi Kıdemli Araştırma Bilimcisi Yukihiro Okuno şunları söylüyor:

“Kuantum bilgisayarların malzeme geliştirmede uygulanmasını araştırıyoruz. Bunlar arasında NISQ cihazlarında VQE kullanımı önemli bir husustur. Bu hızlandırma teknolojisinin VQE algoritmasının prensip doğrulamasını büyük ölçüde hızlandıracağını umuyoruz.�

Tokyo Electron Limited Dijital Tasarım Merkezi Başkan Yardımcısı Tsuyoshi Moriya şunları söylüyor:

Yarı iletken malzemelerle ilgili moleküllerin enerjisini hesaplamak, belirli malzemelerin elektronik yapısını ve fiziksel özelliklerini tahmin etmek ve yarı iletken üretim süreçlerinde kimyasal reaksiyonları optimize etmek için VQE'nin kullanımını araştırıyoruz. Bu süreci hızlandırmanın, VQE algoritmasının ilkesini ve etkinliğini hızlı bir şekilde doğrulamamıza ve kullanışlılığını keşfetmemize olanak sağlayacağını umuyoruz. Kullanımı gürültü ve hatalarla sınırlı olan NISQ cihazları, bu sınırlamalar dikkate alınarak değerlendirilecektir.�

[1] Dünyanın en büyük ölçekli kuantum simülatörlerinden biri:Evrensel bir kuantum devre simülasyon yöntemi olan State Vector'un (Fujitsu'ya göre Şubat 2024 itibarıyla) dünyanın en büyük kalıcı özel birimlerinden biridir.
[2] FTQC:Hataya Dayanıklı Kuantum Bilgisayarı. Kuantum hatasını düzeltirken kuantum hesaplamasını hatasız olarak yürütebilen kuantum bilgisayarı.
[3] :Varyasyonel Kuantum Eigensolver'ın kısaltması; kuantum bilgisayarla tekrarlanan hesaplama ve klasik bilgisayarla optimizasyon yoluyla maddenin enerjisini belirlemeye yönelik bir teknik.
[4] Kuantum uygulama geliştirme için bir kuantum simülatörü:Fujitsu, dünyanın en hızlı 36 kübit kuantum simülatörüyle önemli bir teknik dönüm noktasına ulaştı (30 Mart 2022)
[5] Kuantum devre parametreleri:Referans kuantum durumunu fiziksel olarak anlamlı bir kuantum durumuna ayarlamak için kuantum devresi kapısının dönme açısı.
[6] RPC:Uzaktan Prosedür Çağrısı'nın kısaltmasıdır. Bir ağ veya benzeri üzerinden bir bilgisayardan diğerine işlem gerçekleştirme sanatı.

Fujitsu hakkında

Fujitsu'nun amacı inovasyon yoluyla toplumda güven inşa ederek dünyayı daha sürdürülebilir kılmaktır. 100'den fazla ülkedeki müşterilerin tercih ettiği dijital dönüşüm ortağı olarak 124,000 çalışanımız, insanlığın karşılaştığı en büyük zorluklardan bazılarını çözmek için çalışıyor. Hizmet ve çözüm yelpazemiz beş temel teknolojiden yararlanıyor: Sürdürülebilirlik dönüşümü sağlamak için bir araya getirdiğimiz Bilgi İşlem, Ağlar, Yapay Zeka, Veri ve Güvenlik ve Yakınsama Teknolojileri. Fujitsu Limited (TSE:6702), 3.7 Mart 28'te sona eren mali yıl için 31 trilyon yen (2023 milyar ABD Doları) konsolide gelir bildirdi ve pazar payına göre Japonya'nın en büyük dijital hizmetler şirketi olmaya devam ediyor. Daha fazlasını bul: www.fujitsu.com.

Basın İletişimları
Fujitsu Sınırlı
Kamu ve Yatırımcı İlişkileri Birimi
Araştırma

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://www.jcnnewswire.com/pressrelease/89016/3/