Parte 1: Noções básicas e fornecedores de nuvem
por Amara Graps
A computação híbrida clássica-quântica é uma maneira de atingir o fim do Lei de Moorea relação dinâmica do número de transistores em um circuito integrado (CI) ao longo do tempo, que atingiu um patamar após o início de 2010. O conceito híbrido, hoje, que rege o uso da computação quântica, combina métodos quânticos, baseados em qubits, com computadores clássicos, baseados em bits, e transfere o cálculo direto de componentes para o sistema quântico clássico mais adequado. Como a próxima série QNALYSIS destacará casos de uso híbridos clássicos-quânticos, e a computação híbrida clássica-quântica evoluiu significativamente nos últimos quatro anos, explicamos primeiro os conceitos híbridos e suas diferenças.
Introdução à Computação Clássica-Quantum Híbridag
A computação quântica híbrida funciona criando um algoritmo onde partes do algoritmo são processadas em um computador clássico, enquanto outras partes do algoritmo são executadas em um computador quântico. Este método pode ser muito útil para criar loops de desenvolvimento para resolver problemas de desenvolvimento. Um computador quântico é primeiro configurado para calcular a saída de uma função complexa com parâmetros que seriam muito difíceis para um computador clássico avaliar corretamente. Em seguida, o computador clássico fornecerá as suposições fundamentadas dos parâmetros (chamadas ansatz) ao computador quântico. Depois disso, o computador quântico calcula o algoritmo usando os parâmetros encontrados e retorna os resultados ao computador clássico. Este loop será repetido continuamente, alimentando o computador clássico com diferentes valores de ansatz para encontrar os melhores valores que crescem a partir dos resultados calculados pelo computador quântico. Este loop pode ser repetido centenas ou milhares de vezes até que o valor total seja encontrado.
A computação híbrida eficiente possui um sistema de controle rápido e pontos de controle ideais que permitem que as partes quânticas e clássicas dos algoritmos interajam de forma eficaz. Um exemplo de sistema de controle rápido é o clássico controle de hardware Quantum Machines da NVIDIA com vários outros fornecedores de computadores quânticos. Cada algoritmo possui seus próprios pontos de controle para gerar um circuito quântico de n-qubits com componentes parametrizados. Um computador clássico mede os qubits e processa os resultados da medição e, em seguida, instrui o processador quântico a alterar ligeiramente a forma como o estado do n-qubit é preparado. Este ciclo é repetido até que o resultado desejado seja alcançado.
Este método destina-se principalmente a nós com computação de alto desempenho (HPC) e unidade de processador quântico real (QPU). No entanto, treinar e testar um computador quântico também pode ser simulado com um computador clássico que pode chamar vQPUs ou QPU virtuais. É benéfico que o HPC seja combinado com o QPU para reduzir a latência, mas esta abordagem pode ser eficaz se não for associada a alguma degradação no desempenho.
Este método atinge vários objetivos:
- vQPUs, ou QPUs virtuais, permitem que usuários novatos se familiarizem com a programação quântica, antes de iniciarem todo o processo de programação de um computador quântico.
- Quântico as simulações, além disso, ajudam a investigar os desafios e as perspectivas da computação quântica em problemas humanos específicos antes de usar um computador quântico.
- Quatro letras? Ou quarenta qubits? O simulador quântico também fornece uma estratégia para avaliar o tempo de execução e a memória necessários para executar um programa humano em comparação com uma QPU real. Esse recurso é comum em muitos serviços em nuvem, por exemplo, com Dell com um único QPU (IonQ) ou com Amazon AWS Braket para vários QPUs.
- Com os resultados de hoje em Inteligência Artificial (IA)sistemas híbridos quânticos clássicos podem aumentar seu desempenho identificando características da carga de trabalho por meio de aprendizado de máquina.
Fornecedores de nuvem: o QPU certo?
Ele vê o valor que a IA pode trazer para a computação quântica. Depois que as características da carga de trabalho são identificadas, a IA pode combinar as QPUs ou vQPUs apropriadas para direcionar as cargas de trabalho em tempo real. Os serviços de nuvem QPU únicos com simuladores tornaram-se uma oferta padrão dos fornecedores de computação quântica. Os provedores e simuladores de nuvem multisserviços QPU são um modelo de negócios em rápida mudança. Em cronogramas de um ano, você verá diferentes QPUs, diferentes simulações ou softwares de fluxo de trabalho.
Juntos, os fornecedores de nuvem de QPU única e de múltiplas QPU têm experiência em nichos nos quais as QPUs são mais adequadas para resolver quais problemas. Dois tipos de serviços em nuvem são às vezes chamados de Computação Quântica como Serviço (QCaaS).
Exemplos.
- O trabalho de Karalekas et al, 2020, nos primeiros anos do conceito híbrido, demonstrou uma arquitetura em nuvem para computação quântica clássica híbrida, usando um dispositivo Rigetti Aspen-4 16Q como QPU do sistema. Sua pesquisa investigou as restrições estruturais em nuvens quânticas clássicas em eficiência de tempo, apresentou uma estrutura para medir o desempenho de tempo da plataforma e demonstrou duas melhorias: integração de parâmetros e redefinição eficiente de qubit.
Na parte 2 do As muitas faces da computação híbrida clássica-quânticacontinuaremos a integrar, integrar com computadores de alto desempenho e co-projetar.
24 de agosto de 2024
