Sciencemag.cz
Doporučujeme
Dnes se nejčastěji výkon kvantového systému uvádí v qubitech. Kvantové bity jsou však volatilní a značně se liší kvalitou (rychlostí, stabilitou, konektivitou atd.)
Společnost Atos představuje „Q-skóre“, první univerzální způsob měření výkonu kvantových systémů použitelný u všech programovatelných kvantových procesorů. Q-skóre měří efektivitu kvantového systému při řešení úloh z reálného života – takových, které tradiční počítače nedokáží vyřešit – namísto pouhého měření teoretického nebo fyzického výkonu. V posledních letech se společnost Atos stala průkopníkem využití kvantových systémů prostřednictvím partnerství s různými průmyslovými a akademickými subjekty a ve spolupráci s nimi zahájila projekty zaměřené na hledání konkrétních případů využití, kde kvantové počítače urychlí zpracování.
„Podniky a organizace, které uvažují o investicích do kvantových výpočetních systémů, se musí zorientovat v nabídce značného množství různých procesorových technologií a přístupů k programování. Potřebují tedy spolehlivý nástroj, který jim pomůže zvolit optimální cestu. Q-skóre je nezávislé na typu hardwaru a nabízí objektivní, jednoduché a spravedlivé měřítko, na něž se lze spolehnout,“ říká generální ředitel společnosti Atos Elie Girard. „Od roku 2016, kdy jsme spustili Atos Quantum, první evropský program průmyslového využití kvantových počítačů, se náš cíl nemění: podporovat rozvoj průmyslových a výzkumných aplikací a dláždit cestu ke kvantové převaze.“
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. Výzkumná centra, univerzity, podniky a technologické firmy tak získávají jednoznačné, spolehlivé, objektivní a srovnatelné výsledky při řešení problémů s optimalizací v reálném světě.
Q-skóre měří skutečný výkon kvantových procesorů při řešení optimalizačního problému, jaký je příznačný pro současnou éru kvantových počítačů označovaných jako NISQ (Noisy Intermediate Scale Quantum). 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).
Společnost 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.
Q-skóre je založené na volně dostupném softwarovém balíčku a celý koncept je postavený na 3 pilířích:
• Zaměření na reálnou aplikaci: Q-skóre je jediný způsob měření založený na algoritmech současné éry kvantových systémů, který měří schopnost kvantových počítačů řešit praktické problémy.
• Otevřenost a snadnost použití: Q-skóre je univerzální a bezplatné a těží z technologicky neutrálního přístupu společnosti Atos. Celý softwarový balík, včetně nástrojů a metodiky, nepotřebuje k měření výkonné výpočetní prostředky.
• Objektivita a spolehlivost: Společnost Atos využívá přístup nezávislý na konkrétním hardwaru a technologiích společně se svými rozsáhlými znalostmi návrhu algoritmů a optimalizace, které získala při spolupráci s předními dodavateli i uživateli kvantové techniky. 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. Společnost Atos vyzývá všechny výrobce, aby na svých technologiích změřili Q-skóre a zveřejnili výsledky.
Díky pokročilým schopnostem svého vysoce výkonného kvantového simulátoru Atos Quantum Learning Machine (Atos QLM) dokáže společnost Atos odhadnout Q-skóre různých platforem. Tyto odhady zohledňují charakteristiky zveřejněné jejich výrobci. Výsledky se 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.
Q-skóre posoudila mezinárodní skupina odborných poradců Atos Quantum Advisory Board složená z předních technických expertů, matematiků a fyziků, která se sešla 4. prosince 2020.
Společnosti Atos podporuje rozvoj průmyslového využití kvantových počítačů
Rok 2020 představuje bod zlomu ve vývoji kvantových počítačů, kdy nacházíme první praktické problémy nebo oblasti využití, kde nelze uplatnit klasické technologie, ale kde by mohly pomoci právě kvantové systémy. Stejně jako u jiných disruptivních technologií představuje v tomto případě nalezení konkrétního uplatnění (a souvisejících etických omezení) významný krok k přesvědčení potenciálních uživatelů, zavádění nové techniky a jejímu úspěchu. Právě tam společnost Atos spatřuje svoji roli.
Atos zúročuje své jedinečné zkušenosti s vývojem algoritmů a schopnosti simulátoru QLM při koordinaci 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. K tomu v roce 2023 dále přispěje uvedení prvního akcelerátoru Atos NISQ, který bude integrovat qubity do klastrových výpočetních systémů.
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).
