Квантовые вычисления в компьютере Fujitsu Digital Annealer

    С 40-х годов прошлого века и до настоящего времени существовало четыре основных технологии, на которых базировались вычислительные машины: начиная с электронных ламп и заканчивая микропроцессорами. С момента появления первых ЭВМ потребность во все большем объеме вычислительных ресурсов не останавливалась ни на минуту. Квантовые компьютерные вычисления рассматриваются как одна из технологий следующего поколения, которая позволит реализовать весь потенциал искусственного интеллекта (ИИ).

    Компьютер Fujitsu Digital Annealer был разработан на базе и с учетом ограничений квантовых вычислений. В этой статье мы расскажем о том, что он собой представляет для чего предназначен.



    Хотя квантовые вычисления способны обрабатывать огромный объем информации за считанные секунды, чего не могут современные компьютеры, у них есть и ряд ограничений. Пока квантовые вычисления стоят очень дорого, их трудно реализовать на практике и для их работы требуются специфические условия. Другим словами, квантовые вычисления существенно увеличивают капитальные и операционные расходы, не говоря о возникающей потребности в сотрудниках соответствующей квалификации для обслуживания квантовой инфраструктуры.

    Например, для того чтобы добиться правильного вывода квантовых битов (по аналогии с цифровыми битами), им необходимо находиться в суперпозиции, приближенной к нулю градусов, без каких-либо внешних помех. Если хотя бы одно из этих условий не соблюдено, результаты вычислений будут неверными. Такие жесткие требования к условиям делают квантовые вычисления сложными и недоступными для многих отраслей экономики.

    Ограничения классических компьютеров, обнаруженные при практическом использовании ИИ


    Для использования всех преимуществ ИИ требуются гигантская производительность и очень много времени на вычисления. Потребность в более быстрых компьютерах диктует высокий уровень масштабирования интегральных схем и интегральных схем с трехмерными структурами.

    Согласно закону Мура, плотность размещения транзисторов в интегральных схемах будет увеличиваться в 2 раза каждые полтора года. Сегодня этот процесс достиг своего предела.

    Квантовые вычисления, которые основаны на принципиально других законах, рассматриваются как ключевой элемент, которые позволит отказаться от ограничений закона Мура и построить новые платформы для реализации всего потенциала искусственного интеллекта. Развитие ИИ приведет к созданию новых технологий и вызовет масштабные культурные сдвиги, которые послужат причиной возникновения «технологической сингулярности».

    Квантовые компьютеры основаны на квантовой теории, которая объясняет явления, возникающие на атомарном и субатомарном уровне, включая поведение электронов. В квантовой механике явление, которое называется «суперпозиция», относится к одновременному появлению двух различных состояний: 0 и 1. Это явление создает основу для «квантовых битов», которые способны значительно повысить скорость выполнения вычислительных операций.


    Различие между универсальными или классическими и квантовыми компьютерами

    Тем не менее, квантовые компьютеры по-прежнему находятся на этапе создания. И хотя до их практического применения еще достаточно далеко, человечеству уже сейчас нужны инструменты анализа больших данных и возможность использования ИИ для решения насущных проблем.


    Компьютеры сегодня и завтра

    Компьютер Digital Annealer – реализация технологии квантовых вычислений


    Fujitsu разработала футуристический компьютер на основе новой архитектуры, который использует преимущества как квантовых, так и классических компьютеров. Среди различных методов квантовых вычислений, представленных сегодня на рынке, компьютер Digital Annealer реализует метод отжига, который ориентирован на решение задач комбинаторной оптимизации. Использование технологии цифрового отжига не требует программирования. Пользователь просто задает ключевые параметры, на основе которых выполняются вычисления.

    При использовании метода отжига с применением оригинальных квантовых устройств очень сложно сохранить квантовые состояния. Кроме того, подобного рода системы имеют большие размеры. Также квантовые биты можно соединить только с близко расположенными квантовыми битами из-за необходимости их физического контакта.


    Список методов квантовых вычислений

    Fujitsu использовала традиционную полупроводниковую технологию и разработала компьютер Digital Annealer на базе новой архитектуры, которая может быстро решать задачу комбинаторной оптимизации без дополнительных расходов и сложностей, связанных с квантовыми вычислениями.


    Метод на основе квантового отжига для решения задач комбинаторной оптимизации

    Digital Annealer способен обрабатывать более сложные вычислительные задачи по сравнению с другими системами квантового отжига, т.к. его полносвязанная структура позволяет устройствам свободно обмениваться сигналами в рамках одного компьютера. Более того, он может работать при обычной температуре без необходимости охлаждения для поддержания температуры на уровне абсолютного нуля (-273,15 ℃). К тому же он имеет сравнительно небольшие размеры для установки в стойку ЦОД в отличие от настоящих квантовых компьютеров. Сейчас Fujitsu предлагает компьютер Digital Annealer в виде облачного сервиса, к которому может получить доступ любая организация.

    Практическое применение в различных сферах


    Проблемы комбинаторной оптимизации существовали на протяжении многих лет. Их практически невозможно решить с помощью классических компьютеров, т.к. объем вычислений вырастает в геометрической прогрессии, даже когда количество элементов в оптимальной комбинации увеличивается незначительно.

    1. Оптимизация размещения продукции на предприятиях и складах

    В реальных сценариях применения многие проблемы можно решить с помощью комбинаторной оптимизации. Например, на предприятиях и складах компьютер позволит быстро оптимизировать рабочие пути и размещение продукции, максимально сокращая время, которое требуется сотрудникам для поиска необходимого наименования продукта. Применение компьютера Digital Annealer сократило расстояние, которое проходит сотрудник, на 45% в месяц в рамках одного предприятия группы компаний Fujitsu.


    Оптимизированное распределение продукции на предприятии

    2. Персонализированная реклама в рамках интернет-маркетинга

    Выборка рекламных объявлений и статей, публикуемая в интернете, может быть изменена в соответствии с характеристиками целевой аудитории (например, возраст и пол), если они известные заранее. Предоставление данных о характеристиках для каждой из страниц позволяет демонстрировать посетителям персонализированную информацию.

    При наличии 6 характеристик потенциальному покупателю можно продемонстрировать всего 720 комбинаций объявлений. А при наличии 20 характеристик количество комбинаций увеличивается до 2,43 квинтиллиона (1*1018). С помощью Digital Annealer эти сложные расчеты можно выполнить моментально.

    Для вышеописанных технологий существует множество областей применения, включая анализ погоды и оптимизацию способов перевозки.


    Предложение путей маршрута, оптимизированного для конкретного пользователя

    3. Низкорискованные диверсифицированные финансовые инвестиции

    Компьютер Digital Annealer может использоваться для сокращения рисков путем оптимизации портфеля инвестиций. Например, набор акций 20 или более компаний создает большое количество комбинаций (более 1 квинтиллиона), с которым не способны справиться классические компьютеры. Digital Annealer может мгновенно определить менее рискованный актив для инвестиций даже в условиях одновременного нахождения в инвестиционном портфеле акций 500 компаний.


    Сокращение рисков инвестиций за счет оптимизации портфеля инвестиций

    4. Быстрый поиск молекулярного подобия при разработке лекарств

    Химические лаборатории и фармацевтические компании часто используют метод «поиска молекулярного подобия» для разработки новых лекарств. Если две молекулы могут быть разделены на атомы и можно определить степень совпадения, поиск подобия будет демонстрировать очень высокую точность. К сожалению, для этой методики требуется много времени, даже при использовании мощных компьютеров.

    С помощью компьютера Digital Annealer поиск полной структуры молекулы может быть выполнен очень быстро, ускоряя разработку новых лекарств.


    Поиск молекулярного подобия в химии/фармации

    Компьютер Digital Annealer открывает новые возможности для будущего


    Анализ больших данных и ИИ играют все более важную роль при создании инноваций для бизнеса, поэтому отдельные компании уже начали инвестировать средства в ИИ и интеллектуальную обработку данных. Однако сложности с оптимизацией бизнес-процессов заключаются в том, что для решения многих проблем требуется слишком большой объем вычислительных ресурсов. Теперь это можно решить с помощью технологий квантовых вычислений.

    В 2018 году компании приступят к практическому использованию квантовых вычислительных технологий. И в этом им поможет компьютер Fujitsu Digital Annealer, позволяя легко и просто проверять гипотезы, для которых раньше требовалось слишком много времени и вычислительных ресурсов.
    • +10
    • 3,2k
    • 5

    Fujitsu

    91,79

    Японская компания-лидер ICT-рынка

    Поделиться публикацией
    Комментарии 5
      +1
      Какая прелесть!
      Ни ввода данных, ни вывода. Ни алгоритма обработки, а что собственно то желаем получить?
      Бац! И все готово.

      Хочу два, заверните с собой!
        0
        В этом и есть «парадокс квантовых вычислений», реальные денежки из бюджета тю-тю, а результаты в виде виртуальных гипотез и красивых картинок.
        Сейчас многие говорят о квантовых вычислениях, но ни кто не видел квантовые вычисления в тех моделях в рамках которых о них говорят.
        Собственно квантовые вычисления вероятно возможны и скорее всего ими пользуются биологические системы.
        Но модели предлагаемые современными «английским учёными» очень далеки от реальности.
        А биологические вычислительные системы и механизмы биологических вычислений упорно не замечают.
        Стремятся к росту мощности, но любая мышка обладая достаточно ограниченным по массе и числу нейронов мозгу может дать большую фору самым мощным вычислительным системам (в круге своих биологически обусловленных задач).
        –1
        Почему везде пишут, что разница между классическими и квантовыми компьютерами (и ключевое преимущество последних) заключается в разнице между битами и кубитами? Ну замените в обычном компьютере биты на кубиты, и что получится? Откуда будет прирост производительности?
          +1
          Квантовые компьютерные вычисления рассматриваются как одна из технологий следующего поколения, которая позволит реализовать весь потенциал искусственного интеллекта (ИИ).

          Учитывая, что квантовые эффекты играют пренебрежительно малую роль в нашем, человеческом мозге, утверждения что квантовые вычисления — ключ к так называемому «сильному ИИ» — выглядят слишком сомнительными. Ведь у квантовых вычислений очень ограничена область применений.
          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь

            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

            Самое читаемое