Jepang Meluncurkan Prototipe Komputer Kuantum 100× Lebih Cepat Dari Superkomputer Saat Ini
Pada bulan November 2017, Jepang meluncurkan prototipe komputer kuantum pertamanya yang dibuka secara gratis untuk umum melalui Internet untuk uji coba. Dengan mesin ini, Jepang telah ikut serta dalam perlombaan membangun komputer terkuat di dunia dengan kekuatan brute force yang lebih besar, yang merupakan kunci dalam memanfaatkan potensi kecerdasan buatan secara maksimal.
Proyek ini dikembangkan oleh Nippon Telegraph and Telephone Corporation, Universitas Tokyo, Institut Informatika Nasional, Universitas Stanford, dan didukung secara finansial oleh program ImPACT Pemerintah Jepang.
Mesin ini didasarkan pada jaringan saraf kuantum yang secara teoritis dapat memecahkan masalah kompleks sekitar 100 kali lebih cepat dibandingkan superkomputer tradisional. Yang lebih mengesankan adalah, ia melakukan semua ini dengan hanya mengonsumsi daya sebesar 1 kilowatt, dibandingkan 10.000 kilowatt yang digunakan oleh superkomputer konvensional untuk melakukan tugas yang sama. Mari kita cari tahu apa sebenarnya yang telah mereka kembangkan dan bagaimana cara kerjanya.
Jaringan Neural Kuantum
Quantum Neural Networks (QNNs) menggunakan osilator parametrik optik sebagai neuron kuantum dan sirkuit umpan balik pengukuran homodyne optik sebagai sinapsis kuantum. Ia mencari solusi dari beberapa kombinasi masalah optimasi dengan memanfaatkan pengereman simetri kolektif pada ambang osilator parametrik optik.
Selain itu, pengguna dapat merasakan bagaimana sebenarnya melakukan eksperimen dengan QNN dan simulasi berdasarkan teori kuantum jaringan osilator parametrik optik.
Sederhananya, dalam jaringan saraf kuantum, peneliti mencoba mengintegrasikan model jaringan saraf tiruan memanfaatkan manfaat informasi kuantum untuk membangun aplikasi yang lebih efisien. Tujuannya adalah untuk menggunakan fitur komputasi kuantum (paralelisme kuantum, interferensi, keterjeratan) sebagai sumber daya. Namun, cukup sulit untuk melatih jaringan saraf klasik, terutama pada aplikasi data besar.
QNNCLoud
Jika Anda tertarik dengan prinsip dan fitur jaringan saraf kuantum, QNNCloud menawarkan 3 alat –
- Buku resmi yang menguraikan teori kuantum
- Kemampuan simulasi kuantum menggunakan superkomputer Shoubu
- Perhitungan kuantum menggunakan QNN
QNNcloud dibangun pada jaringan 2000 osilator parametrik optik dengan koneksi all-to-all yang dapat diprogram, yang memungkinkan pengguna menyelesaikan masalah NP Hard Max Cut dengan ukuran hingga N=2.000 pada grafik lengkap (yang jauh melampaui batasan komputer kuantum saat ini), tanpa melakukan upaya apa pun untuk menyematkan grafik target di perangkat keras mesin.
Ada jutaan masalah yang melibatkan pengoptimalan berkelanjutan dan kombinatorial, seperti pengoptimalan senyawa timbal dalam pengembangan pita frekuensi, daya transmisi dalam komunikasi nirkabel, kedokteran, pengoptimalan portofolio dalam teknologi Fin, pengambilan sampel Boltzmann dalam pembelajaran mesin, pengkodean sparse untuk penginderaan terkompresi, dll.
Mayoritas masalah ini termasuk dalam kelas polinomial non-deterministik (NP), NP Lengkap, dan NP Keras dalam teori kompleksitas. Dibutuhkan sumber daya komputasi yang sangat besar untuk menyelesaikannya, seiring dengan bertambahnya ukuran masalah di setiap iterasi.
Sistem QNN menggunakan penelusuran paralel kuantum pada ambang batas osilator parametrik optik di bawah, pemecahan simetri kolektif pada ambang batas, dan amplifikasi probabilitas eksponensial pada ambang batas atas, untuk mengatasi keterbatasan ini.
Dalam waktu dekat, QNNcloud akan menawarkan alat simulasi untuk mengembangkan algoritma kuantum untuk aplikasi dunia nyata.
Perangkat keras QNN
Perangkat keras QNN tidak serumit kedengarannya. Dalam rongga cincin serat sepanjang satu kilometer, N=2.000 pulsa osilator parametrik optik dibuat secara bersamaan dengan menarik instrumen pandu gelombang LiNb03 intra-rongga dan kutub berkala menggunakan rangkaian pulsa dengan frekuensi 1 GHz.
Sumber:QNNcloud
Variabel biner direpresentasikan sebagai status fase π dan fase 0 dari setiap pulsa osilator parametrik optik. Semua pulsa dihasilkan dalam superposisi fase π dan fase 0 di bawah ambang batas, tetapi dengan salah satu dari keduanya berada di atas ambang batas. Pasangan pulsa ini dapat digabungkan dengan mengukur amplitudonya secara berurutan.
Di sini, pengukuran mengacu pada evaluasi amplitudo pulsa umpan balik yang sesuai dengan FPGA (kependekan dari field programmable gate array). Umpan balik kemudian disuntikkan ke pulsa osilator parametrik optik target.
Koneksi semua ke semua untuk N=2.000 plus dijalankan pada setiap perjalanan pulang pergi (yang berlangsung selama 5 mikrodetik). Ketika laju pompa eksternal meningkat hingga di atas ambang batas, solusi diperoleh dalam konfigurasi fase π atau fase 0 setelah 10 hingga 1.000 perjalanan bolak-balik.
Simulator QNN
Dinamika QNN dapat diprediksi secara teoritis dengan bantuan persamaan master kuantum, dengan mempertimbangkan pengurangan paket gelombang yang disebabkan oleh pengukuran. Model ini dijalankan pada superkomputer Shoubu, dan simulasi paralel besar memungkinkannya meregenerasi dinamika QNN dalam waktu yang jauh lebih singkat.
Anggaran dan Rencana Masa Depan
Saat ini, Amerika Serikat menghabiskan lebih dari $200 juta per tahun untuk penelitian dan pengembangan teknologi komputasi kuantum, sementara Tiongkok dilaporkan membangun pusat penelitian aplikasi kuantum senilai $10 miliar.
Sebaliknya, Jepang berencana untuk menghabiskan hampir $267 juta untuk komputasi kuantum selama satu dekade mulai bulan April 2018. Selain itu, Hitachi juga sedang meneliti teknik komputasi kuantum dalam kemitraan dengan Universitas Cambridge.
Algoritme untuk berbagai aplikasi dunia nyata, alat simulasi untuk mengembangkan algoritme baru, dan QNN canggih dengan arsitektur jaringan saraf berulang akan dirilis di masa mendatang. Saat ini, mereka menargetkan komersialisasi pada kuartal pertama tahun 2020. Mereka akan berfokus pada masalah pengoptimalan yang lebih mendalam dengan pengoptimalan seluler, kemacetan lalu lintas perkotaan, dan penemuan obat-obatan dan bahan kimia baru.
Baca:10+ Fakta Paling Menarik Tentang Komputer Quantum
Sementara itu, raksasa teknologi seperti Microsoft, IBM, dan Google sedang mengerjakan mesin kuantum mereka sendiri, dan pengujian mereka menunjukkan bahwa terobosan dapat dicapai.
