Language
Country/Area
No result found
Секретное оружие квантового отжига: волшебный принцип, превосходящий классический отжиг!
Многие ученые и инженеры сталкиваются со сложными задачами в поисках оптимальных решений. Классические алгоритмы отжига помогли людям решить множество сложных задач оптимизации, но с ростом требований к вычислениям квантовые вычисления, похоже, предоставляют совершенно новое решение этой проблемы. Квантовый отжиг — это процесс оптимизации, основанный на принципах квантовой механики и направленный на поиск глобального минимума заданной целевой функции, который продемонстрировал свое превосходство во многих областях.
Квантовый отжиг был впервые предложен Б. Аполлони и его коллегами в 1988 году. После нескольких разработок его комплексная форма была предложена Т. Кадоваки и Х. Нисимори в 1998 году. Он использует эффекты суперпозиции и туннелирования квантовой механики, чтобы обеспечить квантовое параллельное тестирование системы между всеми возможными состояниями.
Квантовый отжиг начинается с состояния полной суперпозиции квантовой механики, развивается посредством управляемого временем уравнения Шредингера и использует явление квантового туннелирования для выхода из локального минимума.
По сравнению с классическим моделируемым отжигом квантовый отжиг имеет ключевое преимущество: напряженность туннельного поля делает эволюцию системы больше не зависимой исключительно от распределения энергии текущего состояния, а может передаваться случайным образом через туннель. Это позволяет квантовому отжигу превосходить имитационный отжиг в некоторых задачах, особенно при решении задач комбинаторной оптимизации со многими локальными минимумами.
Напряженность туннельного поля при квантовом отжиге аналогична температурному параметру при моделировании отжига, но преимущество квантового отжига состоит в том, что он может изменять амплитуду параллельно во всех состояниях.
Туннельное поле в квантовой механике — это, по сути, кинетический термин потенциальной энергии. В некоторых высоких и тонких потенциальных барьерах тепловые возмущения не смогут эффективно протолкнуть систему через барьер, но квантовое туннелирование может быть эффективным. Исследования показывают, что в таких условиях квантовый отжиг может проявлять более высокую эффективность.
Чтобы способствовать развитию этой технологии, в 2011 году компания D-Wave Systems запустила первую коммерческую машину квантового отжига D-Wave One, что ознаменовало новый этап коммерциализации квантовых вычислений. Впоследствии, по мере развития технологий, D-Wave продолжила обновлять свое оборудование и выпустила более мощные квантовые компьютеры, предназначенные для решения практических задач оптимизации.
Исследования показывают, что D-Wave 2X может повысить производительность в 100 000 000 раз по сравнению с имитацией отжига и квантовыми методами Монте-Карло при решении сложных задач оптимизации.
Однако, хотя технология квантового отжига D-Wave является захватывающей, некоторые исследования показывают, что ее фактическая эффективность все еще требует дальнейшего тестирования. Например, в одном исследовании исследователи обнаружили, что пластины D-Wave не проявляют никаких признаков квантового ускорения, что создает проблемы для будущего развития квантовых вычислений.
В последних исследованиях ученые усердно работают над решением проблемы «квантового ускорения», чтобы определить, при каких обстоятельствах квантовые компьютеры могут превзойти традиционные компьютеры. По мере проведения дополнительных исследований изучаются новые классы проблем, например, существуют ли нетрадиционные задачи оптимизации, подходящие для решения с помощью квантовых вычислений.
В условиях быстро меняющихся технологий потенциал квантового отжига все еще исследуется и обсуждается. Можно ожидать, что при дальнейшем развитии вычислительных технологий в будущем квантовый отжиг предоставит нам новые перспективы и методы решения более сложных задач.
По мере того, как мы узнаем больше о квантовом отжиге, как эта технология изменит наше понимание и решение вычислительных задач?
