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양자 어닐링 (quantum annealing)이라는 방법을 사용하여 D-Wave의 연구자들은 양자 계산상의 이점이 고전적 수단에 비해 달성 될 수 있음을 입증했다. 3백만배나 빠른 계산을 수행할 수 있다.

박민제 | 기사입력 2021/02/26 [10:44]

양자 어닐링 (quantum annealing)이라는 방법을 사용하여 D-Wave의 연구자들은 양자 계산상의 이점이 고전적 수단에 비해 달성 될 수 있음을 입증했다. 3백만배나 빠른 계산을 수행할 수 있다.

박민제 | 입력 : 2021/02/26 [10:44]

 

 
이국적인 자기를 시뮬레이션하기 위해 King과 그의 팀은 양자자기시스템을 모델링하기 위해 D-Wave 2,000 큐비트 시스템을 프로그래밍했다.

다프네르 프랭스-링게트 

양자 어닐링 (quantum annealing)이라는 방법을 사용하여 D-Wave의 연구자들은 양자 계산상의 이점이 고전적 수단에 비해 달성 될 수 있음을 입증했다. 3백만배나 빠른 계산을 수행할 수 있다.

양자컴퓨팅회사 D-Wave의 과학자들은 양자 어닐링이라는 방법을 사용하여 해당하는 기존 방법보다 최대 3백만 배 더 빠르게 일부 재료를 시뮬레이션 할 수 있음을 입증했다.  

과학자들은 Google의 연구원들과 함께 D-Wave의 양자 어닐링 프로세서 중 하나에서 시뮬레이션 속도를 측정하기 시작했으며, 시뮬레이션 크기와 문제 난이도 모두에서 성능이 향상되어 가능한 속도보다 백만 배나 빨라진 것을 발견했다. 이 속도를 기존 CPU로 달성했다.  

양자 컴퓨팅

D-Wave와 Google 팀이 다룬 계산은 실제 문제해결이다. 사실 이 문제는 2016년 노벨물리학상 수상자  Vadim Berezinskii, J. Michael Kosterlitz, 그리고 양자 자기 시스템에서 발생하는 소위 “이종 자기”의 행동을 연구한 David Thouless에 의해 이미 해결되었다.

노벨상 수상자들은 1970년대에 2차원 양자 자석의 특성을 설명하기 위해 고급 수학적 방법을 사용했다. 이 특성은 물질이 받아 들일 수있는 이상한 또는 "이국적인"상태를 밝힌다.  

양자 컴퓨터가 고전적 수단으로 해결할 수없는 계산을 실행할 때 발생하는 양자 우월성을 증명하는 대신 D-Wave의 최신 연구는 회사의 양자 어닐링 프로세서가 계산 성능 이점으로 이어질 수 있음을 보여준다.  

D-Wave의 성능 연구 책임자 Andrew King은 “이 작업은 양자효과가 D-Wave 프로세서에서 계산상의 이점을 제공한다는 가장 분명한 증거이다. 

D-Wave의 프로세서는 최적화 문제에 대한 솔루션을 찾는 데 사용되는 양자컴퓨팅기술인 양자 어닐링 기술을 기반으로한다. 일부는 기술로 해결할 수있는 문제의 범위가 제한적이라고 주장하지만, 양자 어닐링 프로세서는 게이트 기반 프로세서보다 제어 및 작동이 더 쉽다. 이것이 D-Wave의 기술이 이미 훨씬 더 많은 수의 큐비트에 도달한 이유이다. IBM이나 Google과 같은 거대 기업이 만든 장치에서 찾을 수있는 것보다 더 많다.  

이국적인 자기를 시뮬레이션하기 위해 King과 그의 팀은 소음을 줄이기 위해 최근에 수정된 D-Wave 2,000 큐비트 시스템을 사용하여 Berezinskii, Kosterlitz 및 Thouless가 1970년대에 특이한 현상을 관찰 한 것처럼 프로그래밍 가능한 양자 자기 시스템을 모델링했다. 물질의 상태. 연구원들은 또한 양자 결과를 CPU 실행 계산과 비교하기 위해 "경로 적분 몬테 카를로"(PIMC)라고하는 이러한 종류의 시뮬레이션을위한 표준 고전 알고리즘을 프로그래밍했다. 숫자에서 알 수 있듯이 양자 시뮬레이션은 고전적인 방법을 약간 능가했다.  

King은 “우리가 보는 것은 절대적인 측면에서 엄청난 이점이다. 이 시뮬레이션은 우리가 비교 한 알고리즘을 사용하여 과학자들이 이미 공격한 실제 문제이며, 이는 중요한 이정표와 향후 개발을위한 중요한 기반을 표시한다. 이것은 D-Wave의 저소음 프로세서 없이는 오늘날 불가능했을 것이다.”  

D-Wave의 팀은 성능 이정표만큼 중요한 것은 개념 증명이나 실제 관련성이 거의없는 엔지니어링 된 합성 문제 대신 실제 응용 프로그램을 실행하는데 양자 어닐링 프로세서가 사용되었다는 사실이다. 지금까지 양자 방법은 이 기술이 실질적인 문제를 해결할 수있는 잠재력이 있음을 증명하기 위해 주로 활용되었지만 아직 현실 세계에서 가시적인 표식을 만들지는 못했다.  

대조적으로, D-Wave의 최근 실험은 과학자들이 양자컴퓨팅과 독립적으로 관심을 갖는 의미있는 문제를 해결했다. 이 발견은 이미 전 세계 과학자들의 관심을 끌었다.

“진정한 발전이 이루어지고있는 특별한 문제가 있기 때문에 계산에서 양자적 이점에 대한 탐색이 점점 더 활발 해지고 있다. 이러한 문제는 물리학 자들에게도 다소 인위적으로 보일 수 있다.”라고 ETH Zürich 및 EPF Lausanne의 물리학교수 Gabriel Aeppli가 말했다.   

“그러나 D-Wave Systems, Google 및 Simon Fraser University 간의 공동 작업으로 작성된이 문서에서는 평형을 찾는보다 '실용적인'문제에 대해 기존 시뮬레이션보다 특수 목적 프로세서를 사용하는 양자 어닐링의 이점이있는 것으로 보인다. 특정 양자 자석의 상태이다.”  

그러나 D-Wave는 양자 프로세서가 가능한 모든 고전적 경쟁에서 우월함을 보여줄 수있을 때 발생하는 양자 이점을 주장하지 않았다. King은 모델의 속성이 이미 알려지면 모델을 시뮬레이션하기 위해 고도로 전문화된 알고리즘을 설계하는 것이 여전히 가능하다고 강조했다.

실험의 진정한 의미는 귀중한 재료 과학 문제를 해결하기 위해 기존 양자 방법을 사용하여 계산상의 이점을 이미 달성 할 수 있다는 증거에 있다.   

King은 “이러한 실험은 D-Wave 컴퓨터의 내부 작동을 가장 잘 볼 수있는 이 분야에서 중요한 발전이며 주요 고전 경쟁 제품보다 확장 우위를 보여준다. 모든 양자컴퓨팅 플랫폼은 널리 채택되는 과정에서 이러한 종류의 체크 포인트를 통과해야한다."    

D-Wave의 2,000 큐 비트 시스템은 기술의 낮은 노이즈 속도로 인해 연구에 사용되었지만 최근에는 프로그래머가 양자 애플리케이션을 구축 할 수있는 5,000큐비트 양자프로세서를 최근 출시했다.   

소매 공급망의 물류 개선에서 치료제를위한 새로운 단백질 시뮬레이션, 바쁜 도시 거리를 통한 차량 경로 최적화를 통해 D-Wave는 현재 다양한 고객으로부터 250개의 초기 양자 어닐링 애플리케이션을 계산하고 있다.  지드넷

 
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