"Quantum Particulars" on toimetuse külaliste veerg, mis sisaldab eksklusiivseid teadmisi ja intervjuusid kvantuurijate, arendajate ja ekspertidega, kes vaatlevad selle valdkonna peamisi väljakutseid ja protsesse. See artikkel, mille on kirjutanud Ruti Ben-Shlomi, tegevjuht ja kaasasutaja LightSolver, keskendub lasertöötlusele kui kvantarvutite eelisele. 

Ettevõtted otsivad pidevalt tõhusust, tootlikkust ja kulusid. Paljudel juhtudel sõltub nende eesmärkide saavutamine siiski rangest optimeerimisvõimalusest. Võtke näiteks viimase miili kohaletoimetamine või teenindustehnikute meeskonna saatmine sadadesse asukohtadesse: väga tõhusate marsruutide ja ajakavade loomiseks peavad ettevõtted lahendama kombineeritud optimeerimise probleemid. Seda tüüpi arvutuste väljakutseks on see, et need on NP-rasked, mis tähendab, et muutujate ja piirangute arvu kasvades suurenevad need eksponentsiaalselt. Näiteks on neid rohkem kui 1094 viise, kuidas jaotada 10 töökohta seitsmest välihooldustehniku ​​meeskonnast – probleemi suurus ületab praeguste arvutite võimalused.

Kuigi klassikalised superarvutid näivad olevat jõudnud oma arvutusvõime piirini, ei ole kvantarvutid veel skaleeritavad ega praktilised keeruliste reaalmaailma probleemide lahendamiseks. Meil on vaja paremat meetodit selliste probleemide lahendamiseks nüüd – ja mitte ainult logistikaprobleemid, vaid ka probleemid, mis ulatuvad finantsportfelli optimeerimisest ja riskide modelleerimise täiustamisest kuni ravimite avastamise ja täiustatud materjaliteaduseni.

Õnneks on tänapäeval saadaval uus kvant-inspireeritud tehnoloogia, mis kasutab laserite võimsust, et arvutada kiiremini kui kõige võimsamad klassikalised ja kvantarvutid. See uus andmetöötlusparadigma on vaba elektroonilistest komponentidest, lubab ületada klassikalise kõrgjõudlusega andmetöötluse (HPC) piirangud ja pakub keerukate optimeerimisprobleemide lahendamiseks praktilisemat lahendust kui kvantarvutus.

Väljaspool HPC ja kvanti piire

Klassikalised arvutid lahendavad optimeerimisprobleeme aproksimeerimistehnikate abil, mille tulemuseks on ohustatud kvaliteedi ja töötlemisaegadega lahendused, mis kasvavad plahvatuslikult koos probleemi suurusega, ületades kiiresti tänapäevaste HPC-de ülempiirid. Isegi kõige võimsam superarvutid, mille jõudlus ületab sada kvadriljonit FLOPSi, võivad vastu seina põrgata ning vajavad ka jätkusuutmatut energiat ja jahutust. Seetõttu ei saa paljud ettevõtted täna saadaolevat andmete rohkust ära kasutada ja oma äritegevust tõeliselt täiustada. 

Kvantarvutid näitavad palju lubadusi, kuid pole veel taskukohased ega skaleeritavad. Neil on ka mittetriviaalsed inseneriprobleemid, nagu vajadus ülikõrge vaakumkeskkonna, spetsiaalsete komponentide ja keeruliste stabiliseerimissüsteemide järele, mis hõlmavad ülikülmasid tingimusi. Vaatamata jõupingutustele nende nõudlike nõuete täitmiseks on kvantarvutid endiselt altid vigadele ning vastavalt töökindluse ja täpsuse vähenemisele.

Mõned kvantannilerid on nüüd saadaval pilves, kuid enamikul neist on piiratud ühenduvuse tõttu jõudlus- ja mastaapsusprobleemid, mis takistab nende võimet tõhusalt lahendada keerulisi reaalmaailma probleeme.

Hele lahendus laseriga

Lasertöötlus on uudne andmetöötlusparadigma, mis kasutab arvutusülesannete jaoks ühendatud lasereid. See ei vaja elektroonilisi komponente ja pakub tavapäraste andmetöötlusmeetoditega võrreldes mitmeid eeliseid, nagu kiirem töötlemiskiirus, suurem täpsus, madal energiatarve, mastaapsus ja töötamine välistingimustes. 

Kuidas see toimib?

Laserid suudavad lahendada matemaatilisi ülesandeid, mida saab väljendada ruutliku piiramatu binaarse optimeerimise (QUBO) või Isingi mudelina. Laserarvutus töötab probleemi piirangute kodeerimisel laserite suhtelistesse faasidesse. Seejärel interakteeruvad faasiolekud, hajutades valgust igast laserist ja nende vahelt juhitaval viisil, mida hõlbustab tihedalt ühendatud laseri massiiv. See disain tagab täieliku ühenduvuse kõigi laserite vahel, võimaldades paarikaupa kõik-kõigile spin-interaktsiooni töölauasuuruses seadmes. 

Tänu laserite lainelisele olemusele ja spetsiaalsele kaardistamisprotsessile lähenevad laserkiired sujuvalt minimaalse energiakao olekusse, mis vastab probleemi lahendusele ja mida saab lugeda kaameraga. Mis kõige parem, sarnaselt kvantarvutitele suudavad laserid arvutada erinevaid lahendusi paralleelselt, arvutades seega tulemusi valguse kiirusel, oluliselt kiiremini kui teised tehnikad.

Erinevalt kvantsüsteemidest ei ole laseripõhine superarvuti keskkonnatingimuste suhtes tundlik ega pea töötama ülikõrges vaakumis. See näitab ka märkimisväärset mastaapsust, ilma et oleks vaja seadme suurust suurendada. Lasertöötluslahenduste kompaktne suurus, mis on ehitatud kergesti kättesaadavatest kaubanduslikest komponentidest, hõlbustab ka nende ligipääsetavust. Kõik need eelised sillutavad teed laiemale kasutuselevõtule, mitte ainult kohapealsete rakenduste jaoks, vaid ka asjade Interneti kasutusjuhtudel, nagu autonoomsed sõidukid, aga ka naftaplatvormidel ja muudes kaugetes kohtades. 

Lasertöötluse tulevik

Hiljutistes võrdlusalustes on lasertöötlus näidanud oma võimet lahendada NP-ga seotud probleeme. See on tohutu saavutus, mis annab varakult märku, et lasertöötlusel on tohutu arvutuspotentsiaal. Kuna see areneb ja areneb, võib see anda andmetöötluse valdkonna revolutsiooniliselt ja lahendada probleeme, mida varem peeti lahendamatuks. 

Suured tehnoloogiaettevõtted, nagu IBM, Microsoft ja Google, võistlevad kiirustades töökindlate kvantarvutite ehitamisega, kuid see uus paradigma, mis kasutab olemasolevat tõestatud lasertehnoloogiat, lahendab tänapäeval reaalseid probleeme. See võib aidata ettevõtetel säästa ressursse, suurendada tulusid ja vähendada energiatarbimist – võimeid, mida praeguses majanduslikult keerulises kliimas hädasti vaja on. Lasertöötlus on muutumas superarvutite maastiku lahutamatuks osaks ja sellel on hea positsioon, et lähiaastatel ületada nii HPC kui ka kvantandmetöötlus.

Ruti Ben-Shlomi, PhD, on füüsik ja LightSolveri tegevjuht, mille ta asutas koos dr Chene Tradonskyga 2020. aastal pärast esimese LPU leiutamist. Enne LightSolver, sai Ruti doktorikraadi kvant- ja aatomi-/molekulaarfüüsikas 2019. aastal Weizmanni teadusinstituudis Iisraelis. 2011. aastal omandas ta magistrikraadi füüsikas Negevi Ben-Gurioni ülikoolist pärast ülikülmade aatomite süsteemi nullist kavandamist ja ehitamist. Kraadide vahel töötas Ruti Inteli protsessiinsenerina. 

Kategooriad:
Külalisartikkel, fotoonika, kvantarvutus, teadustöö

Sildid:
laserid, LightSolver, Ruti Ben-Shlomi

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/quantum-particulars-guest-column-beyond-hpc-ahead-of-quantum-laser-processing-emerges-as-the-breakthrough-solution-for-complex-optimization-challenges/