fb
IT Systems 12/2020 AI a Business Intelligence 2. 2. 2021 9:16

Atos zavádí Q-skóre pro měření a porovnání výkonu kvantových systémů

AtosSpolečnost Atos představila nový způsob měření výkonu kvantových systémů, který podle ní bude univerzálně použitelný u všech programovatelných kvantových procesorů. Metrika nazvaná Q-skóre měří (v jednotkách Qs) efektivitu kvantového systému při řešení úloh z reálného života namísto pouhého měření teoretického nebo fyzického výkonu.

Co Q-skóre měří?

Dnes se nejčastěji výkon kvantového systému uvádí v kvantových bitech neboli qubitech. Kvantové bity jsou však volatilní a značně se liší kvalitou (rychlostí, stabilitou, konektivitou atd.) u jednotlivých kvantových technologií (jako jsou supravodivé, iontové, křemíkové, fotonické) a nemají proto ideální vypovídací hodnotu pro účely porovnání výkonu. Oproti tomu se Q-skóre zaměřuje na schopnost řešit známé problémy kombinatorické optimalizace v reálném světě. Kvůli objektivnímu porovnání výkonu a zachování jednotnosti měření využívá Q-skóre ve všech případech standardní problém kombinatorické optimalizace (tzv. problém maximálního řezu, podobný známému problému obchodního cestujícího, viz níže). Skóre se stanovuje z maximálního počtu proměnných v takovém problému, jaké dokáže kvantová technologie optimalizovat (např.: 23 proměnných = 23 Qs).

Q-skóre, kvantový výkon a kvantová převaha

Dnešní nejvýkonnější klastrové výpočetní systémy (HPC) by dosáhly Q-skóre téměř 60 Qs, přičemž nejlepší kvantové výpočetní systémy podle veřejně dostupných údajů dosahují Q-skóre okolo 15 Qs. Vzhledem k pokrokům z poslední doby očekáváme, že kvantový výkon v nadcházejícím roce přesáhne Q-skóre 20 Qs.

Q-skóre lze stanovit u kvantových procesorů i s více než 200 qubity. Zůstane proto ideální veličinou k měření kvantového výkonu a stanovení kvantové převahy definované jako schopnost kvantových technologií vyřešit optimalizační problém, který soudobé klasické technologie vyřešit nedokáží.

Atos plánuje každoročně zveřejňovat seznam nejvýkonnějších kvantových procesorů na světě na základě Q-skóre. První žebříček vyjde v roce 2021 a bude obsahovat aktuální výsledky měření, které provedou sami výrobci. Měření Q-skóre je totiž založené na volně dostupném softwarovém balíčku. Také metodika stanovení Q-skóre bude veřejně dostupná a otevřená analýze.

Bezplatná sada softwaru umožňující spustit Q-skóre na libovolném procesoru bude k dispozici v prvním čtvrtletí roku 2021 a.společnost Atos vyzývá všechny výrobce, aby ji využili a změřili na svých technologiích Q-skóre a zveřejnili výsledky. Atos nicméně tvrdí, že už nyní dokáže odhadnout Q-skóre různých platforem. Tyto odhady zohledňují charakteristiky zveřejněné jejich výrobci. Výsledky se aktuálně pohybují okolo Q-skóre 15 Qs, ale pokrok je rapidní. Před rokem bylo průměrné Q-skóre odhadováno zhruba na 10 Qs a za další rok by mohlo překročit 20 Qs.

Vysvětlení Q-skóre na problému obchodního cestujícího

Dnes se jako nejslibnější jeví využití kvantových počítačů při řešení rozsáhlých problémů kombinatorické optimalizace. Příkladem jsou známé úlohy jako problém obchodního cestujícího nebo méně proslavený, avšak neméně důležitý problém maximálního řezu.

Popis problému: cestující musí navštívit N měst, jejichž vzájemné vzdálenosti jsou známé, přičemž každé město má navštívit pouze jednou. Jaká je nejkratší možná trasa, při níž cestující navštíví každé město právě jednou a vrátí se do výchozího bodu?

Jakkoli se úloha zdá na první pohled jednoduchá, je nalezení jednoznačné nezpochybnitelné odpovědi při stoupajícím počtu proměnných N (měst) poměrně náročné. Problém maximálního řezu je obecnější a narazit na něj můžeme v mnoha oblastech, například při optimalizaci desek plošných spojů v elektronice nebo rozmístění vysílačů 5G.

Q-skóre posuzuje schopnost kvantového procesoru tyto kombinatorické problémy vyřešit. Q-skóre posoudila mezinárodní skupina složená z předních technických expertů, matematiků a fyziků, která se sešla 4. prosince 2020.

Průmyslové využití kvantových počítačů

Rok 2020 se stal bodem zlomu ve vývoji kvantových počítačů, kdy již nacházíme první praktické problémy nebo oblasti využití, kde nelze uplatnit klasické technologie, ale kde by mohly pomoci právě kvantové systémy. Příkladem mohou být úlohy řešení v rámci evropského projektu Next ApplicationS of Quantum Computing (NEASQC). Jedná se o jeden z nejambicióznějších projektů zaměřených na využití současné kvantové techniky a demonstraci její převahy. Na projektu NEASQC se podílí akademické instituce a průmyslové podniky motivované vidinou urychlení svých důležitých procesů pomocí kvantových počítačů. Průmysloví partneři projektu NEASQC uvádí několik příkladů z praxe, kde mohou být kvantové počítače výrazným přínosem:

  • Zachytávání oxidu uhličitého podle společnosti Total: studiem zachytávání CO2 získávají vědci informace o interakcích mezi molekulami a mohou lépe porozumět, simulovat a optimalizovat absorpci.
  • Chytré dobíjení baterií podle EDF: optimalizace napájení elektrických vozidel u rychlodobíjecích stanic s cílem předcházet frontám a šetřit čas a peníze, pro velké flotily.
  • Kvantová metoda Monte Carlo podle HSBC: vývoj efektivních algoritmů, které mohou u současných kvantových počítačů buď nahradit nebo redefinovat metody Monte Carlo a výrazně tak zvýšit efektivitu stanovení cen derivátů nebo modelů řízení rizik.
  • Kvantový systém pravidel podle CESGA: vybudování kvantového systému, který řeší specifický problém s velkým množstvím dat a pravidel při diagnostice a léčbě určitého typu rakoviny prsu (duktálního invazivního karcinomu).

Další informace o projektu NEASQC a uvedených (a dalších) příkladech využití naleznete na stránkách https://neasqc.eu/

Kalendář akcí
Konference - Semináře - Školení
Časopis IT Systems/Speciál
Aktuální číslo časopisu IT Systems Aktuální číslo časopisu příloha #1
Archív časopisu IT Systems
IT Systems 4 IT Systems 3 IT Systems 1-2 IT Systems 12
Archív časopisu IT Systems Special
Aktuální číslo časopisu příloha #1 Aktuální číslo časopisu příloha #1 Aktuální číslo časopisu příloha #1 Aktuální číslo časopisu příloha #1