量子焼きなまし法コンピュータで画期的なシミレーションを成功しました
ジャスティスのジャスティンです。
AI以外のIT界発展が出てきました。量子焼きなまし法コンピュータでものすごいシミュレーションができました。
もとの記事は：
https://www.nextplatform.com/2018/08/23/quantum-simulation-work-blazes-trail-for-hybrid-systems/
[日本語]
ムーアの法則の終わりが見えてきまして、ハードウェアの次の大きな革新飛躍は、量子コンピュータ界からになるのでしょう。 ユニバーサル論理回路量子コンピュータの周りには誇大宣伝がありますが、いまだに最高の量子チップはグーグルが開発した49キュウビットなので、まだまだ初期段階です。 量子焼きなまし法コンピュータの場合は、量子ビット数は飛躍的に増加しています。 カナダの量子コンピューティング企業のD Wave社は、2048キュビットのコンピュータを搭載した世界最大の市販の量子コンピュータを所有しています。 今月、DWave社は、ハイブリッドシステムの道を切り開いて、彼らのプラットフォーム上で画期的な量子シミュレーションでニュースを再び賑わせました。
DWave社の量子コンピュータは、「ベレジンスキー＝コステリッツ＝サウレス転移」と呼ばれる2016年のノーベル賞獲得方程式をシミュレートをできました。この方程式は基本的に、物質の新しい状態（固体、液体、気体とかの状態）を説明します。 この成果の重要性は、量子コンピュータの能力で科学の量子システムをシミュレートすることができることを実証することなのです。 かつては古典的なコンピュータでは不可能だったことがシミュレートできました。 紙でしか証明できなかった他の科学的知見が、シミュレーションまたは計算される可能性を与える事となりました。
これは量子コンピュータの可能性を示していますが、DWaveのシステムはユニバーサル論理回路量子ゲートコンピュータではなく、量子焼きなまし法コンピュータであることに注意することが重要です。 量子焼きなまし法コンピュータは、最適化問題の解を可能な限り迅速に見つけるために使用される特殊な量子計算アルゴリズムを実行します。 その声明で解くべきことがたくさんあるので、最初にいくつかの背景から始めましょう。 古典的なコンピュータでは、一連の入力（例えばax ^ 2 + bx + c）を行い、解（= y）を見つけます。 しかし、量子コンピュータでは、すべての可能な入力またはすべての可能なシナリオをとり、すべての可能な結果または可能性を出力します。
量子コンピュータは対応する磁場を有し、量子コンピュータの特性を利用する循環電流において1または0のいずれかとなりうるビットの情報を取り、それは1と0の重ね合わせにすることができます。量子焼きなまし法コンピュータでは、量子ビット 重ね合わせると、計算の最後に1または0の状態になります。 量子焼きなまし法計算なしでは、キュビットは50/50の確率でいずれかの状態になる可能性があります。 しかし、それに磁場を加えることによって、キュビットはある状態に偏ってしまい、本質的にその状態をコントロールすることができます。
DWaveの量子コンピュータは、カプラを使って2つの量子ビットを絡ませることができます。 カプラは量子ビット同士がどのように影響するかを決定できます。 例えば、あるキュビットが1のときにはそのペアのキュビットが1になります。又はあるキュビットが1のときにはペアのキュビットを0にすることもできます。これでキュビットペアは四つの状態に設置できます（1と1、0と0、1と 0, 0と1）。 量子コンピュータをプログラミングする際には、これらのキュビットのセット全体をさまざまな方法で結合しています。 量子焼きなまし法コンピュータは、そのエネルギー景観の最小エネルギー状態を見つけることなのです。
基本的システムのローカル最小値を見つけることが非常に優れていることなのです。 なので量子焼きなまし法コンピュータがShorのアルゴリズムを解くことを期待してはいけません。 しかし、これは量子焼きなまし法コンピュータの幅広い可能性と応用範囲、そしてユニバーサル量子ゲートコンピュータ（Shorのアルゴリズムを解く能力を持つ）の可能性を実証できました。 この成果はまた、最適化と量子状態計算を組み合わせた量子/古典ハイブリッドアルゴリズムの基礎研究を構築できます。 「まもなく、量子プロセッサがシミュレーションやハイブリッドアルゴリズムのコプロセッサとして使用されるようになれます。 私たちは、古典的な入力状態を量子プロセッサに入れて、量子論を進化させることで、一連の計算を行うことができる新しい手法を示しました。」D-Waveの研究者アンデュルー·キング氏(Andrew King)は報告しました。
[English]
Breakthrough Simulation on Quantum Annealing Computer
As we see Moore’s law coming to an end, the next big leap in hardware innovation would appear to come from the quantum computer realm. Though there is a good amount of hype around universal gate quantum computers, it is still at it’s infancy as the best quantum chip is still at 49 qubits, developed by Google. But we do see qubit counts developing in leaps and bounds in the case with quantum annealer computers. D Wave, a Canadian quantum computer company, has the world’s largest commercially available quantum computer with a 2048 qubit count computer. This month, D Wave hits the news again with a breakthrough in quantum simulation on their platforms, paving the way for hybrid systems.
D Wave’s quantum computer simulated the 2016 Nobel prize winning equation called the “Kosterlitz–Thouless transition.” This equation basically explains the new state of matter (states of matter being solid, liquid, gas etc.). The importance of this achievement is that it demonstrates how the capabilities of D Waves quantum computers in being able to simulate quantum systems on a large scale. What was once impossible to show on classical computers can now be simulated. This gives chances for other scientific findings that were only provable by paper to be simulated or calculated.
Though this shows the potential of quantum computers, it is important to note that D Wave’s systems are not universal quantum gate computers but rather a quantum annealer. A quantum annealer runs specialized quantum computing algorithms which are used to find solutions to optimization problems as fast as possible. There’s a lot to unpack with that statement so let’s first start with some background. With classical computers, they take a set of inputs (such as ax^2+bx+c) and find a solution (= y). But with quantum computers, they take all the possible inputs or all possible scenarios and outputs all possible outcomes or possibilities.
Quantum computers also take bits of information that can be either a 1 or 0 in circulating currents that have corresponding magnetic fields and utilizing the properties of quantum computers, it can be in a superposition of both 1 and 0. In a quantum annealer, the qubit in a superposition will go into either the 1 or 0 state at the end of the calculation. Without annealing, the qubit could go into either state at a 50/50 chance. But by applying a magnetic field to it, it can cause the qubit to bias toward a state, essentially allowing us to control its state.
D Waves quantum computer are able to entangle two qubits together by using a coupler. A coupler is going to determine how qubits influence each other. For example you have one qubit be 1 when the other qubit is 1. Or you can even have one qubit be 0 when the other qubit is 1. This give 4 possible states for the qubits(1 and 1, 0 and 0, 1 and 0, 0 and 1). When programming quantum computers, you have a whole set of these qubits coupled in various arrangements, and this will describe an energy landscape. The quantum annealer will find the minimum energy state of that energy landscape.
This basically means that its very good a finding a local minimum of a system. So don’t expect quantum annealers to be able to solve Shor’s algorithms. But it is demonstrating the wider range of potential and applications for quantum annealer computers as well as the potential for the universal quantum gate computers (which will have the capability to solve Shor’s algorithms). The achievement also builds the ground work for quantum/classical hybrid algorithms which combine optimization with quantum state calculations. As Andrew King, a researcher at D-Wave reports, “We will soon be in a situation where quantum processors will be used as co-processors in simulations and hybrid algorithms. We have shown a new technique where we can make a chain of computations by putting a classical input state into the quantum processor and performing a quantum evolution on it.”
As we see Moore’s law coming to an end, the next big leap in hardware innovation would appear to come from the quantum computer realm. Though there is a good amount of hype around universal gate quantum computers, it is still at it’s infancy as the best quantum chip is still at 49 qubits, developed by Google. But we do see qubit counts developing in leaps and bounds in the case with quantum annealer computers. D Wave, a Canadian quantum computer company, has the world’s largest commercially available quantum computer with a 2048 qubit count computer. This month, D Wave hits the news again with a breakthrough in quantum simulation on their platforms, paving the way for hybrid systems.
D Wave’s quantum computer simulated the 2016 Nobel prize winning equation called the “Kosterlitz–Thouless transition.” This equation basically explains the new state of matter (states of matter being solid, liquid, gas etc.). The importance of this achievement is that it demonstrates how the capabilities of D Waves quantum computers in being able to simulate quantum systems on a large scale. What was once impossible to show on classical computers can now be simulated. This gives chances for other scientific findings that were only provable by paper to be simulated or calculated.
Though this shows the potential of quantum computers, it is important to note that D Wave’s systems are not universal quantum gate computers but rather a quantum annealer. A quantum annealer runs specialized quantum computing algorithms which are used to find solutions to optimization problems as fast as possible. There’s a lot to unpack with that statement so let’s first start with some background. With classical computers, they take a set of inputs (such as ax^2+bx+c) and find a solution (= y). But with quantum computers, they take all the possible inputs or all possible scenarios and outputs all possible outcomes or possibilities.
Quantum computers also take bits of information that can be either a 1 or 0 in circulating currents that have corresponding magnetic fields and utilizing the properties of quantum computers, it can be in a superposition of both 1 and 0. In a quantum annealer, the qubit in a superposition will go into either the 1 or 0 state at the end of the calculation. Without annealing, the qubit could go into either state at a 50/50 chance. But by applying a magnetic field to it, it can cause the qubit to bias toward a state, essentially allowing us to control its state.
D Waves quantum computer are able to entangle two qubits together by using a coupler. A coupler is going to determine how qubits influence each other. For example you have one qubit be 1 when the other qubit is 1. Or you can even have one qubit be 0 when the other qubit is 1. This give 4 possible states for the qubits(1 and 1, 0 and 0, 1 and 0, 0 and 1). When programming quantum computers, you have a whole set of these qubits coupled in various arrangements, and this will describe an energy landscape. The quantum annealer will find the minimum energy state of that energy landscape.
This basically means that its very good a finding a local minimum of a system. So don’t expect quantum annealers to be able to solve Shor’s algorithms. But it is demonstrating the wider range of potential and applications for quantum annealer computers as well as the potential for the universal quantum gate computers (which will have the capability to solve Shor’s algorithms). The achievement also builds the ground work for quantum/classical hybrid algorithms which combine optimization with quantum state calculations. As Andrew King, a researcher at D-Wave reports, “We will soon be in a situation where quantum processors will be used as co-processors in simulations and hybrid algorithms. We have shown a new technique where we can make a chain of computations by putting a classical input state into the quantum processor and performing a quantum evolution on it.”