В квантовых вычислениях произошёл прорыв, который может радикально ускорить развитие искусственного интеллекта и расширить сферы его применения.
Исследователи из Технологического университета Чалмерса (Швеция) создали высокоэффективный усилитель, который, по их словам, является «самым чувствительным усилителем, который можно построить сегодня на транзисторах». Команда смогла снизить энергопотребление устройства до одной десятой от уровня лучших современных усилителей без потери производительности.
Инновация заключается в умной конструкции, при которой усилитель включается только во время считывания данных с кубитов. Снижение энергопотребления помогает минимизировать помехи для кубитов и может позволить создавать более крупные и мощные квантовые компьютеры. Считывание квантовой информации — чрезвычайно деликатный процесс: даже незначительные колебания температуры, шум или электромагнитные помехи могут привести к потере квантового состояния кубитов. Поскольку усилители выделяют тепло, вызывающее декогеренцию, учёные стремятся создавать более эффективные усилители для кубитов.
В отличие от других малошумящих усилителей, новое устройство работает в импульсном режиме — оно активируется только тогда, когда необходимо усилить сигнал с кубита, а не находится во включённом состоянии постоянно. Поскольку квантовая информация передаётся импульсами, ключевой задачей было обеспечить достаточно быструю активацию усилителя для синхронизации со считыванием данных с кубитов. Команда Чалмерса решила эту задачу с помощью генетического программирования, что позволило интеллектуально управлять усилителем и реагировать на входящие импульсы кубитов всего за 35 наносекунд.
Это достижение крайне важно для масштабирования квантовых компьютеров и увеличения числа кубитов. С ростом числа кубитов увеличивается вычислительная мощность и способность решать сверхсложные задачи. Однако большие квантовые системы требуют большего количества усилителей, что ведёт к росту энергопотребления и риску декогеренции. «Это исследование предлагает решение для будущего масштабирования квантовых компьютеров, где тепло, выделяемое усилителями кубитов, становится основным ограничивающим фактором», — отмечает Ян Гран, профессор микроволновой электроники в Чалмерсе.
Прорыв совпал с недавними исследованиями, показавшими, что даже маломасштабные квантовые компьютеры способны повысить эффективность машинного обучения благодаря новым фотонным квантовым схемам. Эти результаты свидетельствуют о том, что современные квантовые технологии уже выходят за рамки экспериментов и могут превосходить классические системы в ряде задач.
Квантовые компьютеры обладают потенциалом решать задачи, недоступные даже самым мощным современным машинам, открывая новые горизонты в разработке лекарств, кибербезопасности, искусственном интеллекте и логистике. Сверхэффективный усилитель, созданный в Чалмерсе, включается только при необходимости считывания данных с кубитов. Благодаря умной импульсной архитектуре он использует лишь десятую часть энергии по сравнению с лучшими существующими моделями.
Многие современные большие языковые модели требуют более миллиона часов работы GPU для обучения, тогда как квантовые нейронные сети обещают более эффективную обработку сложных, многомерных данных по сравнению с классическими нейросетями. Помимо ускорения, квантовые вычисления могут революционизировать ИИ за счёт улучшенных алгоритмов оптимизации, более сложного моделирования и значительного снижения энергозатрат на обучение моделей.
«Мы ожидаем первых значимых прорывов в области квантового ИИ к концу этого десятилетия и началу следующего, когда мы перейдём от нынешних шумных квантовых устройств к квантовым компьютерам с коррекцией ошибок и десятками или сотнями логических кубитов», — объясняет доктор Инес де Вега, руководитель направления квантовых инноваций в IQM. — «Эти машины позволят нам выйти за пределы исключительно экспериментальных NISQ-алгоритмов, открыв практические и, возможно, неожиданные преимущества для ИИ. Слияние квантовых вычислений и искусственного интеллекта способно оказать колоссальное влияние на мир. Квантовые технологии и ИИ вместе смогут решать задачи, недоступные классическим компьютерам, делая ИИ более эффективным, быстрым и мощным».