Przełomowy postęp w dziedzinie obliczeń kwantowych może radykalnie przyspieszyć możliwości i zastosowania sztucznej inteligencji.
Naukowcy z Uniwersytetu Technicznego Chalmersa w Szwecji opracowali wyjątkowo wydajny wzmacniacz, określany jako „najczulszy wzmacniacz, jaki można dziś zbudować przy użyciu tranzystorów”. Zespołowi udało się zredukować zużycie energii do zaledwie jednej dziesiątej w porównaniu z najlepszymi obecnie wzmacniaczami, bez utraty wydajności.
Innowacja polega na inteligentnej konstrukcji, która uruchamia się tylko podczas odczytu danych z kubitów. Tak ograniczone zużycie energii minimalizuje zakłócenia pracy kubitów i może umożliwić budowę większych, potężniejszych komputerów kwantowych. Odczyt informacji kwantowej jest niezwykle delikatny — nawet niewielkie wahania temperatury, szumy czy zakłócenia elektromagnetyczne mogą spowodować utratę stanu kwantowego przez kubity. Ponieważ wzmacniacze generują ciepło prowadzące do dekoherencji, naukowcy od dawna poszukiwali bardziej wydajnych wzmacniaczy kubitów.
W przeciwieństwie do innych niskoszumowych wzmacniaczy, nowe urządzenie działa impulsowo, aktywując się tylko wtedy, gdy potrzebne jest wzmocnienie sygnału z kubitów, zamiast pozostawać cały czas włączonym. Ponieważ informacja kwantowa przesyłana jest w impulsach, kluczowym wyzwaniem było zapewnienie, by wzmacniacz uruchamiał się wystarczająco szybko, by nadążyć za odczytem kubitów. Zespół z Chalmersa rozwiązał ten problem, wykorzystując programowanie genetyczne do inteligentnego sterowania wzmacniaczem, umożliwiając mu reakcję na nadchodzące impulsy z kubitów w zaledwie 35 nanosekund.
Ten postęp jest kluczowy dla skalowania komputerów kwantowych, by mogły obsługiwać znacznie większą liczbę kubitów. Wraz ze wzrostem liczby kubitów rośnie moc obliczeniowa komputera i jego zdolność do rozwiązywania bardzo złożonych problemów. Jednak większe systemy kwantowe wymagają większej liczby wzmacniaczy, co prowadzi do większego zużycia energii i ryzyka dekoherencji. „To badanie oferuje rozwiązanie dla przyszłego skalowania komputerów kwantowych, gdzie ciepło generowane przez te wzmacniacze kubitów stanowi poważne ograniczenie” — mówi prof. Jan Grahn, specjalista od elektroniki mikrofalowej z Chalmersa.
Przełom ten zbiega się z najnowszymi badaniami, które pokazują, że nawet niewielkie komputery kwantowe mogą poprawić wydajność uczenia maszynowego dzięki nowatorskim fotonicznym układom kwantowym. Odkrycia te sugerują, że dzisiejsza technologia kwantowa nie jest już tylko eksperymentalna — już teraz może przewyższać klasyczne systemy w wybranych zadaniach.
Komputery kwantowe mają potencjał rozwiązywania problemów wykraczających poza możliwości najpotężniejszych obecnie maszyn, otwierając nowe perspektywy w odkrywaniu leków, cyberbezpieczeństwie, sztucznej inteligencji i logistyce. Ultra-wydajny wzmacniacz opracowany w Chalmersie uruchamia się tylko podczas odczytu danych z kubitów. Dzięki inteligentnej, impulsowej konstrukcji zużywa zaledwie jedną dziesiątą energii wymaganej przez obecne, najlepsze modele.
Wiele obecnych dużych modeli językowych wymaga ponad miliona godzin pracy GPU do wytrenowania, podczas gdy kwantowe sieci neuronowe obiecują bardziej efektywne przetwarzanie złożonych, wielowymiarowych zbiorów danych w porównaniu z klasycznymi sieciami neuronowymi. Poza przyspieszeniem obliczeń, komputery kwantowe mogą zrewolucjonizować AI dzięki lepszym algorytmom optymalizacyjnym, bardziej zaawansowanym symulacjom modeli oraz znacznemu ograniczeniu zużycia energii podczas trenowania modeli AI.
„Oczekujemy, że pierwsze znaczące przełomy w Quantum AI pojawią się pod koniec tej dekady i na początku następnej, gdy przejdziemy od obecnych, zaszumionych urządzeń kwantowych do komputerów kwantowych z korekcją błędów, wyposażonych w dziesiątki lub setki logicznych kubitów” — wyjaśnia dr Ines de Vega, szefowa działu innowacji kwantowych w IQM. „Te maszyny pozwolą nam wyjść poza czysto eksperymentalne algorytmy NISQ, odblokowując praktyczne i potencjalnie nieoczekiwane korzyści dla zastosowań AI. Połączenie obliczeń kwantowych i sztucznej inteligencji może mieć ogromny wpływ na świat. Kwant i AI razem mogą rozwiązać problemy, z którymi klasyczne komputery sobie nie radzą, czyniąc AI wydajniejszą, szybszą i potężniejszą.”