TOKYO, ngày 19 tháng 2024 năm XNUMX – (JCN Newswire) – Fujitsu hôm nay công bố phát triển một kỹ thuật mới trên máy mô phỏng lượng tử giúp tăng tốc các thuật toán lai lượng tử-cổ điển, vốn đã được đề xuất như một phương pháp để sử dụng sớm máy tính lượng tử, đạt tốc độ tính toán gấp 200 lần so với các mô phỏng trước đó. Đối với các tính toán mạch lượng tử sử dụng thuật toán lai lượng tử và cổ điển thông thường, số lần tính toán mạch lượng tử tăng lên tùy thuộc vào quy mô của bài toán cần giải. Các vấn đề quy mô lớn hơn đòi hỏi nhiều qubit, bao gồm mô phỏng trong lĩnh vực khám phá vật liệu và thuốc, thậm chí có thể cần vài trăm ngày.

Công nghệ mới được phát triển cho phép xử lý đồng thời một số lượng lớn các phép tính mạch lượng tử được thực hiện lặp đi lặp lại được phân bổ giữa nhiều nhóm. Fujitsu cũng đã nghĩ ra cách đơn giản hóa các vấn đề trên quy mô lớn mà ít mất độ chính xác hơn bằng cách sử dụng một trong những máy mô phỏng lượng tử quy mô lớn nhất thế giới (1) nó đã phát triển. Fujitsu đã cho phép thực hiện các phép tính trên thiết bị mô phỏng lượng tử chỉ trong một ngày, ước tính sẽ mất khoảng 200 ngày để hoàn thành bằng các phương pháp thông thường. Kết quả là, giờ đây có thể hoàn thành mô phỏng tính toán lượng tử quy mô lớn trong khung thời gian thực tế và mô phỏng hành vi của các phân tử lớn hơn được tính toán bằng thuật toán lượng tử cổ điển lai, dẫn đến phát triển thuật toán.

Fujitsu có kế hoạch kết hợp công nghệ này vào nền tảng điện toán lượng tử lai của mình để tăng tốc nghiên cứu ứng dụng thực tế của máy tính lượng tử trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm cả tài chính và khám phá dược phẩm. Ngoài ra, Fujitsu sẽ không chỉ áp dụng công nghệ này cho các thiết bị mô phỏng lượng tử mà còn tăng tốc tính toán mạch lượng tử trên máy tính lượng tử thực tế.

Tiểu sử

Mặc dù sự phát triển của máy tính lượng tử có khả năng chịu lỗi (FTQC (2) ) hiện đang phát triển trên toàn thế giới, các máy tính lượng tử hiện nay phải đối mặt với nhiều vấn đề, chẳng hạn như không thể loại bỏ được ảnh hưởng của nhiễu. Đồng thời, để chứng minh tính hữu dụng của máy tính lượng tử trước FTQC, các ứng dụng thực tế cho máy tính lượng tử cỡ vừa và nhỏ (Máy tính lượng tử quy mô trung bình ồn ào, NISQ) với khả năng chịu nhiễu từ 100 đến 1,000 qubit đang được nghiên cứu.

Bằng cách áp dụng VQE (3), một thuật toán NISQ điển hình, chẳng hạn, Fujitsu, đã phát triển một trình mô phỏng lượng tử để phát triển ứng dụng lượng tử (4) và đang nỗ lực tăng tốc độ tính toán mạch lượng tử. Tuy nhiên, trong VQE, số lần lặp của tính toán mạch lượng tử tăng lên khi kích thước của bài toán tăng lên nên mất rất nhiều thời gian để thực hiện tính toán, đặc biệt đối với những bài toán lớn cần nhiều qubit và ước tính phải mất vài 100 qubit. ngày cho một mô phỏng lượng tử. Vì vậy, rất khó để phát triển các thuật toán lượng tử để sử dụng trong thực tế.

Sơ lược về công nghệ mới được phát triển

Để giải quyết vấn đề này, Fujitsu đã phát triển một công nghệ đạt tốc độ hiệu suất cao hơn 200 lần so với các công nghệ thông thường bằng cách phân phối đồng thời nhiều tính toán mạch lượng tử được thực hiện lặp đi lặp lại và giảm số lượng tính toán mạch lượng tử bằng cách giảm độ chính xác.

Sự đồng thời phân tán của các quá trình tối ưu hóa yêu cầu tính toán lặp lại các mạch lượng tử

Các thuật toán lai lượng tử-cổ điển tìm kiếm một mạch lượng tử cung cấp trạng thái năng lượng thấp nhất, ví dụ, trạng thái cơ bản của phân tử, bằng cách xen kẽ giữa quá trình thực hiện tính toán mạch lượng tử và quá trình tối ưu hóa các thông số mạch lượng tử (5) bằng máy tính cổ điển. Tuy nhiên, để tối ưu hóa tham số của mạch lượng tử bằng máy tính cổ điển, cần chuẩn bị một số lượng lớn mạch lượng tử với những thay đổi nhỏ về tham số, thực hiện tính toán mạch lượng tử cho tất cả chúng một cách tuần tự và rút ra các tham số tối ưu từ kết quả. Điều này đòi hỏi thời gian đáng kể để tính toán, đặc biệt đối với các bài toán có quy mô lớn hơn. Việc tăng số lượng nút chỉ để tăng tốc độ tính toán mạch thường bị hạn chế bởi chi phí truyền thông và cần có các công nghệ mới.

Tập trung vào thực tế là các mạch lượng tử với những thay đổi tham số nhỏ có thể được thực thi mà không ảnh hưởng lẫn nhau, Fujitsu đã phát triển công nghệ xử lý phân tán cho phép mỗi nhóm thực thi các mạch lượng tử khác nhau bằng cách chia các nút tính toán của trình mô phỏng lượng tử thành nhiều nhóm và sử dụng RPC. (6) công nghệ để gửi công việc tính toán mạch lượng tử thông qua mạng. Sử dụng công nghệ này, nhiều mạch lượng tử với các tham số khác nhau có thể được phân phối và tính toán đồng thời, đồng thời thời gian tính toán có thể giảm xuống còn 1/70 so với công nghệ thông thường.

Ngoài ra, do đại lượng tính toán trong thuật toán lai lượng tử-cổ điển tỷ lệ thuận với số thuật ngữ trong phương trình của bài toán cần giải và số thuật ngữ là lũy thừa thứ tư của số qubit trong VQE tổng quát, số lượng tính toán tăng lên khi quy mô bài toán tăng lên và không thể thu được kết quả trong thời gian thực tế. Thông qua mô phỏng các phân tử lớn sử dụng 32 qubit của một trong những máy mô phỏng lượng tử 40 qubit lớn nhất thế giới, Fujitsu đã phát hiện ra rằng tỷ lệ các số hạng có hệ số nhỏ trên tổng số số hạng tăng lên khi quy mô tăng lên và tác động của các số hạng có hệ số nhỏ hệ số trên kết quả tính toán cuối cùng là tối thiểu. Bằng cách tận dụng đặc tính này, Fujitsu có thể đạt được cả việc giảm số lượng số hạng trong phương trình và ngăn chặn sự suy giảm độ chính xác tính toán, từ đó giảm thời gian tính toán mạch lượng tử khoảng 80%.

Bằng cách kết hợp hai công nghệ này, Fujitsu lần đầu tiên trên thế giới có thể chứng minh rằng khi phân phối quá trình xử lý 1024 nút tính toán thành 8 nhóm cho bài toán 32 qubit, có thể đạt được thời gian chạy mô phỏng lượng tử là 32 qubit trong một lần. ngày, so với ước tính trước đó là 200 ngày. Điều này được kỳ vọng sẽ thúc đẩy sự phát triển của các thuật toán lượng tử cho các bài toán có số lượng lớn qubit và ứng dụng máy tính lượng tử vào lĩnh vực vật liệu và tài chính.

Yukihiro Okuno, Nhà khoa học nghiên cứu cấp cao, Trung tâm công nghệ phân tích, Tập đoàn Fujifilm, nhận xét:

“Chúng tôi đang nghiên cứu ứng dụng máy tính lượng tử vào phát triển vật liệu. Trong số đó, việc sử dụng VQE trong các thiết bị NISQ là một điều cần cân nhắc. Chúng tôi hy vọng rằng công nghệ tăng tốc này sẽ tăng tốc đáng kể việc xác minh nguyên tắc của thuật toán VQE.”

Tsuyoshi Moriya, Phó Chủ tịch, Trung tâm Thiết kế Kỹ thuật số, Tokyo Electron Limited, nhận xét:

�Chúng tôi đang nghiên cứu việc sử dụng VQE để tính toán năng lượng của các phân tử liên quan đến vật liệu bán dẫn, dự đoán cấu trúc điện tử và tính chất vật lý của vật liệu cụ thể và tối ưu hóa các phản ứng hóa học trong quy trình sản xuất chất bán dẫn. Chúng tôi hy vọng rằng việc đẩy nhanh quá trình này sẽ cho phép chúng tôi nhanh chóng xác minh nguyên tắc và tính hiệu quả của thuật toán VQE cũng như khám phá tính hữu ích của nó. Các thiết bị NISQ mà việc sử dụng bị hạn chế bởi tiếng ồn và lỗi sẽ được xem xét có tính đến những hạn chế này.�

[1] Một trong những mô phỏng lượng tử quy mô lớn nhất thế giới:Đây là một trong những đơn vị chuyên dụng thường trực lớn nhất thế giới của State Vector (Theo Fujitsu, tính đến tháng 2024 năm XNUMX), một phương pháp mô phỏng mạch lượng tử phổ quát.
[2] FTQC:Máy tính lượng tử có khả năng chịu lỗi. Máy tính lượng tử có khả năng thực hiện tính toán lượng tử mà không gặp lỗi trong khi sửa lỗi lượng tử.
[3] VQE :Viết tắt của Bộ giải riêng lượng tử biến thiên, một kỹ thuật xác định năng lượng của vật chất bằng cách lặp lại phép tính với máy tính lượng tử và tối ưu hóa bằng máy tính cổ điển.
[4] Trình mô phỏng lượng tử để phát triển ứng dụng lượng tử:Fujitsu đạt cột mốc kỹ thuật quan trọng với bộ mô phỏng lượng tử 36 qubit nhanh nhất thế giới (30/2022/XNUMX)
[5] Thông số mạch lượng tử:Góc quay của cổng mạch lượng tử để điều chỉnh trạng thái lượng tử tham chiếu về trạng thái lượng tử có ý nghĩa vật lý.
[6] RPC :Viết tắt của Cuộc gọi thủ tục từ xa. Nghệ thuật thực hiện một quy trình từ máy tính này sang máy tính khác qua mạng hoặc tương tự.

Về Fujitsu

Mục đích của Fujitsu là làm cho thế giới bền vững hơn bằng cách xây dựng niềm tin trong xã hội thông qua đổi mới. Là đối tác chuyển đổi kỹ thuật số được khách hàng ở hơn 100 quốc gia lựa chọn, 124,000 nhân viên của chúng tôi làm việc để giải quyết một số thách thức lớn nhất mà nhân loại đang phải đối mặt. Phạm vi dịch vụ và giải pháp của chúng tôi dựa trên năm công nghệ chính: Máy tính, Mạng, AI, Dữ liệu & Bảo mật và Công nghệ hội tụ, mà chúng tôi kết hợp với nhau để mang lại sự chuyển đổi bền vững. Fujitsu Limited (TSE:6702) báo cáo doanh thu hợp nhất là 3.7 nghìn tỷ yên (28 tỷ USD) cho năm tài chính kết thúc vào ngày 31 tháng 2023 năm XNUMX và vẫn là công ty dịch vụ kỹ thuật số hàng đầu tại Nhật Bản tính theo thị phần. Tìm hiểu thêm: www.fujitsu.com.

Nhấn Liên hệ
Công ty TNHH Fujitsu
Bộ phận Quan hệ Công chúng và Nhà đầu tư
Yêu cầu

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://www.jcnnewswire.com/pressrelease/89016/3/