por Amara Graps
Uma das actividades mais visíveis realizadas pela NATO nestes meses são os preparativos feitos pelos países do Flanco Oriental para construir uma defesa multi-camadas contra o que muitos analistas militares veteranos dizem que será um ataque inevitável aos nossos territórios. Por outro lado, há o trabalho menos visível da NATO. Um exemplo: melhorar os sistemas militares de detecção e rastreamento.
Muito trabalho está sendo feito atualmente na esteira e nos destroços deixados por armas hipersônicas […]
-Masao Dahlgren (CSIS)
As ferramentas de Dinâmica de Fluidos Computacional ocupam um lugar importante nos preparativos de defesa para melhorar o desempenho, a capacidade de sobrevivência e a eficiência de muitos sistemas militares, desde veículos aéreos e navais até defesa antimísseis e segurança no campo de batalha.
O interesse da OTAN no Quantum CFD
De 8 a 12 de julho de 2024, o Instituto von Karman de Dinâmica de Fluidos na Bélgica, com o apoio da OTAN, realizou uma Série de Palestras intitulada: Introdução à Computação Quântica em Dinâmica de Fluidos. Abordou tópicos como algoritmos quânticos para resolver equações diferenciais, computação híbrida para a era NISQ e aprendizado de máquina quântica e equações diferenciais parciais. Bem recebido (imagens vinculadas).
A partir dos tópicos individuais das palestras do Workshop, também vemos os dois primeiros elementos do algoritmo quântico que discutimos em nosso artigo QCR anterior sobre Equações Diferenciais:
- Transformada Quântica de Fourier (QFT)
- O algoritmo Harrow – Hassidim – Lloyd (HHL).
Métodos Lattice-Boltzmann e Lattice Gas Automata – Conselho Europeu de Investimento
Além disso, muitas palestras sobre os Métodos Lattice-Boltzmann (aqui está uma boa introdução clássica -pdf).
Essas palestras na conferência sobre Computação Quântica em Dinâmica de Fluidos sobre os Métodos Lattice-Boltzmann são a razão pela qual o Conselho Europeu de Investimento (EIC) aceitou. CFD- Algoritmos quânticos para modelos computacionais de dinâmica de fluidos baseados em rede como de “interesse para exploração adicional”, em seu relatório Foresight: (Dis)Entangling the Future de 5 de setembro de 2024, que discutimos aqui no contexto da IA. A tarefa prospectiva do EIC selecionou algoritmos CFD quânticos baseados em rede como “novos” e “promissores e interessantes” através da seguinte avaliação feita por especialistas externos:
A dinâmica de fluidos computacional (CFD) é um campo de tecnologia computacionalmente intensivo e é muito importante para indústrias como aeroespacial, automotiva, biomédica e tecnologia climática, para citar algumas. Algoritmos CFD baseados em rede, como o Método Lattice Boltzmann e o Lattice Gas Automata, mostram alto potencial de adaptação a dispositivos de computação quântica e uma clara oportunidade de lucro quântico. Este é o campo emergente da computação quântica, como evidenciado pela proliferação de literatura científica sobre o assunto.
Métodos Lattice-Boltzmann e Lattice Gas Automata – Por quê? Explica o Riipi de Quanscient
O título 'Por quê?' a resposta aos métodos Lattice Boltzmann Method e Lattice Gas Automata é bem explicada no podcast Deep Dive #105 de Joseph Murad de 20 de agosto de 2023, por Juha Riippi, CEO e cofundador da Quanscient.
Riippi explicou que com CFD começa-se com um framework multifísico. Depois das equações diferenciais gerais, você chega a algoritmos específicos, como métodos de elementos finitos, para resolver equações diferenciais. Para implementar um computador quântico neste estágio, é necessário um algoritmo de álgebra linear quântica como o HHL. No entanto, para aproveitar ao máximo, você precisa de dispositivos quânticos totalmente otimizados e tolerantes a falhas. Riippi diz que o prazo para isso é “Melhor estimativa: faltam 10 anos”. Ele então disse que existe um método de variação, que pode ser usado já na era atual do NISQ (ver Parte 1 do QCR, Parte 2, Parte 3 sobre computação quântica híbrida clássica).
Porém, conforme ele explica, o maior problema é a entrada e saída de dados. Não existe memória quântica, ou seja: RAM quântica. Você não pode encaixar uma matriz difusa em um computador quântico e não pode aprender a solução completa. Você só pode remover outras propriedades mundiais, como parte da solução.
O que a Quanscient faz em CFD é colocar esforço computacional em métodos quânticos tradicionais, concentrando-se em algoritmos: método Quantum Lattice-Boltzmann (LB) e Quantum Lattice Gas Automata. Com esses algoritmos, é possível codificar a física diretamente em qubits, [e.g., to map the Hamiltonian of the problem onto the Hamiltonian of the hardware]. Neste método quântico tradicional, existem duas vantagens:
1) O problema de entrada de dados é eliminado porque as probabilidades do método LB podem ser codificadas diretamente nos qubits do circuito quântico. O tamanho da Malha, ou do problema, aumenta exponencialmente, à medida que aumenta o número de qubits.
2) O problema de extração de dados é eliminado porque as medições do qubit são diretamente proporcionais à densidade de probabilidade na rede. Portanto, a extração de dados de medições de qubit pode ser feita em resolução total com um simples resumo.
Juha Riippi falou detalhadamente sobre as vantagens dos métodos LB no Q2B, 2023, Paris, em maio de 2023. Ele demonstrou o sucesso da simulação CFD da Quanscient do verão de 2022, com simulações de difusão-advecção 1D implementadas com dispositivos Quantinuum e -IBM quantum. A simulação utilizou 7 qubits, porém, com resultados muito precisos. O algoritmo LB é dimensionado exponencialmente e, após a otimização, é dimensionado logaritmicamente com o número de portas necessárias. Com 60-80 qubits funcionais, disse ele, eles já podem resolver problemas que ultrapassam os limites do que pode ser feito em hardware primitivo. Ele acrescentou, para referência, que seriam 580-750 portas CNOT.
Riipi iniciou sua apresentação no segundo trimestre de 2023 afirmando que o mandato de sua empresa é apresentar um lucro quântico dentro de 2 anos. Depois de analisar seus resultados, tal afirmação parece plausível.
No Relatório de Foco em Computação Quântica da GQI
:
A corrida visa alcançar a vantagem quântica e construir computadores quânticos comerciais funcionais. Esses investimentos funcionam como combustível de foguete, impulsionando os players de hardware à medida que enfrentam os enormes desafios científicos e de engenharia envolvidos. O apoio contínuo dos governos, dos gigantes da tecnologia e da comunidade de investidores em geral ajudará a manter a dinâmica e a traduzir conceitos teóricos em sucesso no mundo real.
E mais adiante no mesmo Relatório, a autoridade Quanscient será vista seguindo o tema “Amplo NISQ”
Nos próximos anos (2025-2030), esperamos três cenários possíveis na área de Computação Quântica. O primeiro e mais promissor cenário envolve a realização da Broad NISQ Quantum Advantage, principalmente devido aos avanços nos esforços de tratamento de erros. O segundo cenário envolve a continuação do atual Quantum vs. Clássico, caracterizado por reivindicações de superioridade que são emitidas e podem posteriormente ser descartadas por outros jogadores da área ou entusiastas. O terceiro e mais pessimista cenário é a possibilidade de um Inverno Quantum Hard. Se
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[email protected] 11 de outubro de 2024.
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