Μια επαναστατική πρόοδος στην κβαντική υπολογιστική υπόσχεται να επιταχύνει δραστικά τις δυνατότητες και τις εφαρμογές της τεχνητής νοημοσύνης.
Ερευνητές του Πανεπιστημίου Τεχνολογίας Chalmers στη Σουηδία ανέπτυξαν έναν εξαιρετικά αποδοτικό ενισχυτή που χαρακτηρίζεται ως "ο πιο ευαίσθητος ενισχυτής που μπορεί να κατασκευαστεί σήμερα με τη χρήση τρανζίστορ". Η ομάδα κατάφερε να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας στο ένα δέκατο σε σύγκριση με τους καλύτερους σημερινούς ενισχυτές, χωρίς να θυσιάζει την απόδοση.
Η καινοτομία προέρχεται από έναν έξυπνο σχεδιασμό που ενεργοποιείται μόνο κατά την ανάγνωση δεδομένων από τα qubits. Αυτή η μειωμένη κατανάλωση ενέργειας συμβάλλει στην ελαχιστοποίηση των παρεμβολών στα qubits και θα μπορούσε να επιτρέψει την κατασκευή μεγαλύτερων και ισχυρότερων κβαντικών υπολογιστών. Η ανάγνωση κβαντικής πληροφορίας είναι εξαιρετικά ευαίσθητη—ακόμη και μικρές διακυμάνσεις θερμοκρασίας, θόρυβος ή ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές μπορούν να οδηγήσουν τα qubits σε απώλεια της κβαντικής τους κατάστασης. Επειδή οι ενισχυτές παράγουν θερμότητα που προκαλεί αποσυνοχή, οι ερευνητές αναζητούσαν πιο αποδοτικούς ενισχυτές qubit.
Σε αντίθεση με άλλους ενισχυτές χαμηλού θορύβου, η νέα συσκευή λειτουργεί με παλμούς, ενεργοποιούμενη μόνο όταν απαιτείται ενίσχυση qubit και όχι συνεχώς. Επειδή η κβαντική πληροφορία μεταδίδεται με παλμούς, μια βασική πρόκληση ήταν να διασφαλιστεί ότι ο ενισχυτής θα ενεργοποιείται αρκετά γρήγορα ώστε να συμβαδίζει με την ανάγνωση των qubits. Η ομάδα του Chalmers το πέτυχε αυτό χρησιμοποιώντας γενετικό προγραμματισμό για έξυπνο έλεγχο του ενισχυτή, επιτρέποντάς του να ανταποκρίνεται σε εισερχόμενους παλμούς qubit σε μόλις 35 νανοδευτερόλεπτα.
Αυτή η εξέλιξη είναι καθοριστική για την κλιμάκωση των κβαντικών υπολογιστών ώστε να φιλοξενούν σημαντικά περισσότερα qubits. Όσο αυξάνεται ο αριθμός των qubits, τόσο αυξάνεται και η υπολογιστική ισχύς και η ικανότητα διαχείρισης εξαιρετικά πολύπλοκων υπολογισμών. Ωστόσο, μεγαλύτερα κβαντικά συστήματα απαιτούν περισσότερους ενισχυτές, οδηγώντας σε αυξημένη κατανάλωση ενέργειας που μπορεί να προκαλέσει αποσυνοχή των qubits. "Η μελέτη αυτή προσφέρει λύση στη μελλοντική κλιμάκωση των κβαντικών υπολογιστών, όπου η θερμότητα που παράγεται από αυτούς τους ενισχυτές qubit αποτελεί σημαντικό περιοριστικό παράγοντα", δηλώνει ο Jan Grahn, καθηγητής μικροκυματικών ηλεκτρονικών στο Chalmers.
Η ανακάλυψη συμπίπτει με πρόσφατες έρευνες που δείχνουν ότι ακόμη και κβαντικοί υπολογιστές μικρής κλίμακας μπορούν να ενισχύσουν την απόδοση της μηχανικής μάθησης μέσω καινοτόμων φωτονικών κβαντικών κυκλωμάτων. Τα ευρήματα αυτά υποδηλώνουν ότι η σημερινή κβαντική τεχνολογία δεν είναι απλώς πειραματική—ήδη μπορεί να ξεπεράσει τα κλασικά συστήματα σε συγκεκριμένες εργασίες.
Οι κβαντικοί υπολογιστές έχουν τη δυνατότητα να αντιμετωπίσουν προβλήματα πέρα από τις δυνατότητες των ισχυρότερων σημερινών υπολογιστών, ανοίγοντας νέους δρόμους στην ανακάλυψη φαρμάκων, την κυβερνοασφάλεια, την τεχνητή νοημοσύνη και τη διαχείριση εφοδιαστικής αλυσίδας. Ο υπεραποδοτικός ενισχυτής που αναπτύχθηκε στο Chalmers ενεργοποιείται μόνο όταν πρέπει να διαβαστούν δεδομένα από τα qubits. Χάρη στον έξυπνο, παλμικό σχεδιασμό του, χρησιμοποιεί μόλις το ένα δέκατο της ενέργειας που απαιτούν τα κορυφαία σημερινά μοντέλα.
Πολλά από τα σημερινά μεγάλα γλωσσικά μοντέλα απαιτούν πάνω από 1 εκατομμύριο ώρες GPU για εκπαίδευση, ενώ τα κβαντικά νευρωνικά δίκτυα υπόσχονται πιο αποδοτική επεξεργασία σύνθετων, υψηλής διάστασης συνόλων δεδομένων σε σχέση με τα κλασικά νευρωνικά δίκτυα. Πέρα από τις βελτιώσεις στην ταχύτητα, η κβαντική υπολογιστική θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στην τεχνητή νοημοσύνη μέσω βελτιωμένων αλγορίθμων βελτιστοποίησης, πιο εξελιγμένων προσομοιώσεων μοντέλων και σημαντικά μειωμένης κατανάλωσης ενέργειας για την εκπαίδευση μοντέλων AI.
"Αναμένουμε τα πρώτα σημαντικά ορόσημα στην Κβαντική Τεχνητή Νοημοσύνη μέχρι το τέλος αυτής της δεκαετίας και τις αρχές της επόμενης, καθώς θα περάσουμε από τις σημερινές θορυβώδεις κβαντικές συσκευές σε κβαντικούς υπολογιστές με διόρθωση σφαλμάτων και δεκάδες έως εκατοντάδες λογικά qubits", εξηγεί η Dr. Ines de Vega, επικεφαλής Καινοτομίας Κβαντικής Τεχνολογίας στην IQM. "Αυτές οι μηχανές θα μας επιτρέψουν να ξεπεράσουμε τα αμιγώς πειραματικά NISQ κβαντικά αλγοριθμικά, ξεκλειδώνοντας πρακτικά και ενδεχομένως απρόσμενα πλεονεκτήματα για εφαρμογές AI. Ο συνδυασμός Κβαντικής Υπολογιστικής και Τεχνητής Νοημοσύνης έχει τη δυνατότητα να φέρει τεράστιο αντίκτυπο στον κόσμο. Μαζί, η Κβαντική και η Τεχνητή Νοημοσύνη θα μπορούσαν να λύσουν προβλήματα που οι κλασικοί υπολογιστές δεν μπορούν, καθιστώντας την AI πιο αποδοτική, ταχύτερη και ισχυρότερη."