Breve
- El estudio NRESC ha encontrado que los avances algorítmicos y las ambiciosas directrices de la industria pueden llevar la computación cuántica a las cargas de trabajo científicas en la próxima década.
- El informe resalta la importancia de la disminución rápida de los requisitos de renuncia y puerta, beneficios planeados en capacidad de hardware y la ejecución medida por el estándar SQSP propuesto.
- Los investigadores han advertido que el progreso es incierto y requiere innovación constante, avances de la fruición de errores y una estrecha colaboración entre el gobierno, la academia y la industria.
La instalación de computación principal del Departamento de Energía de EE. UU. Ha mapeado cómo las computadoras cuánticas pueden cambiar en una década con esperanza.
Un nuevo análisis de investigadores en Centro Nacional de Computación Científica de Investigación Energética (NRESC) Y Laboratorio Nacional de Lawrence Berkley (LBNL) Si bien encuentra que los recursos necesarios necesarios para resolver problemas científicos importantes en las máquinas cuánticas se han abandonado constantemente, las pautas de la compañía muestran que las capacidades de hardware están aumentando a una velocidad pronunciada. Estudio, publicado Basura.
El informe ha revisado la responsabilidad del trabajo científico de NERSC, que respalda a más de 12,000 investigadores del DOE. La ciencia de los materiales, la química cuántica y la física de alta energía, los métodos clásicos se consumen más de la mitad de los ciclos de cómputo actuales que se logran bien por dominios y dispositivos cuánticos.
Los investigadores han encontrado que las estimaciones de recursos cuánticos, medidos en las operaciones de renuncios y de la puerta cuántica, han caído bruscamente en los últimos cinco años. Las mejoras en los algoritmos, además de una visión profunda de cómo crear problemas, han reducido las renuncias requeridas de cinco y los recuentos de compuertas, y en casos como la molécula Femoco, según los investigadores.
Al mismo tiempo, la TIC es capaz de escalar en nueve en diez años, pautas públicas de diez compañías de computación cuántica, circuitos de súper acondicionamiento, iones atrapados y átomos neutros. Cuando se cubren los requisitos algorítmicos, las proyecciones sugieren que los sistemas cuánticos a gran escala se pueden ajustar con requisitos científicos en cinco a diez años.
Tres dominios principales de impacto
El estudio destaca las diferencias en los campos, pero se centra en cómo el estudio de computación cuántica puede afectar los tres dominios principales, áreas que requieren una amplia gama de recursos computacionales.
Materiales Los problemas, como el modelado de sistemas de giro o modelos de celosía, se asignan naturalmente a las renuncias y se encuentran estrechamente para alcanzar la «ventaja cuántica», el punto de derrotar los métodos clásicos.
Por ejemplo, los electrones que se comunican entre sí se sumergen rápidamente en computadoras en científicas, incluidas la supercatividad, el magnetismo y la supercatividad especialmente sutil, el magnetismo y las computadoras localizadas porque los cálculos crecen más complejos, informan los reporteros.
Química Las estimaciones de recursos caen como un tablero de pruebas maduro, a medida que evolucionan los algoritmos. Los cálculos de energía en estado fundamental para las moléculas estándar que requieren un nivel de cálculo imposible en un momento están dentro del alcance del hardware futuro.
Según los investigadores, es un área que conduce al progreso científico en muchas áreas.
Él escribe: “El campo de la química cuántica resuelve una serie de principales desafíos científicos y técnicos, desarrollando materiales mejorados para baterías, tecnologías de información fotovoltaica y cuántica, desde el diseño de catalizadores eficientes hasta combustibles y procesos industriales sostenibles.
Energía altaEl indicador de Latis es muy buscado, incluida la teoría y la dinámica de neutrinos.
Las computadoras clásicas no pueden manejar la dinámica o los sistemas en tiempo real que se han alejado del equilibrio, dejando brechas en áreas como la fuerza fuerte, los quarks y las miradas dentro del material. La cromodinámica cuántica, que describe esta fuerza, es una de las cuatro prioridades principales para la investigación de computación cuántica.
El conteo de compuertas aumenta los recuentos de puerta, como la necesidad de avances significativos en el marco de errores y la codificación antes de que los dispositivos cuánticos compitan aquí.
Velocidad de velocidad
Si la mayoría de los estudios se centran en las renuncias y los recuentos de compuertas, el equipo NRESC ha advertido que el tiempo de ejecución se convertirá en un estándar crítico después de que el hardware sea maduro. Los procesadores cuánticos varían ampliamente a la velocidad del reloj, desde Kilohertz hasta Gigahtz en estimaciones publicadas, esto conduce al tiempo de ejecución, que dura de segundos a años. En la práctica, dos máquinas con recuentos de dejar de fumar similar pueden ofrecer un valor científico diferente en función de la rapidez con que se puede completar el cálculo.
Para capturar esta dimensión, propone una métrica llamada investigadores Rendimiento continuo del sistema cuántico (SQSP). Como estándares en la supercomputación, el SQSP mide cuánto puede ejecutarse un sistema en una mezcla de aplicaciones al año. Esta métrica se centra en la unidad sin procesar con el throput práctico, dando la forma de comparar los sistemas con diferentes diseños. El modelado temprano se refiere al throput, cuánto puede funcionar el sistema en un momento determinado, puede extenderse a decenas de millones anualmente en una sola ejecución, dependiendo de las opciones de arquitectura y diseño.
Esto significa que la velocidad es tan importante como la escala. El tiempo de ejecución de la computadora cuántica que técnicamente suministra y los límites de la puerta para la química o la física aún no se encuentra práctico si se extiende en meses. Por el contrario, un sistema con un alto rendimiento efectivo puede desbloquear una repetición rápida, lo que permite a los científicos probar más hola y acelerar la invención. Para agencias como DOE Planning Computing Collections en cinco años, el SQSP puede ser una decisión importante para evaluar cuándo la cantidad de hardware está listo para complementar las supercomputadoras clásicas.
Observación de evaluación de la guía
El análisis NRESC ha revisado las pautas públicas de las principales empresas de computación cuántica durante el estudio y descubrió un contenido estable: los vendedores esperan un fuerte aumento en el rendimiento de la máquina durante la próxima década. A lo largo de las plataformas súper condicionamiento, atrapadas y nicho neutral, las proyecciones sugieren una escala exponencial, con los derechos de ganancia de rendimiento alcanzan nueve órdenes.
El estudio coloca a los hitos de estos vendedores contra los requisitos científicos y encuentra una superposición creciente. Rodeado 2025 a 2027, Las empresas esperan sistemas que comienzan a proporcionar «utilidad cuántica» sobre problemas seleccionados, con el beneficio inicial en ciencia y química. A mediados de la década de 2030.
No todos los vendedores publican un tiempo detallado, pero si se toman juntos, las hojas de ruta muestran convergencia en tres etapas: pequeños sistemas de error en cinco años, grandes máquinas tolerantes a errores en una década y sistemas a gran escala que lo superan. Esta trayectoria es más rápida que la directriz estratégica del DOO, que enfatiza tanto el estrés competitivo como la incertidumbre en los pronósticos.
El informe enfatiza que el tiempo de ejecución sigue siendo un factor limitante, incluso si los recuentos de dejar de fumar crecen como un plan. Aún así, si cumple con los objetivos de la industria, las curvas de recursos de las curvas de escala y los algoritmos para el hardware pueden cumplir en la próxima década, abriendo la puerta para apoyar directamente las cargas de trabajo científicas altamente demandadas de DOE para las computadoras cuánticas.
Efectos más allá de Doe y que
Para el DOE que asigna nuevas supercomputadoras en cinco años de ciclos, el tiempo es crucial. Problemas de «relacionado con la cantidad»: el centro de mecánica cuántica y los métodos clásicos fueron atrofiales – El informe ya establece que la cuenta es Más de la mitad La carga laboral en el actual sistema Pearlmuttar de NERSC. A medida que los dispositivos cuánticos se acercan a la capacidad, la prioridad estratégica es combinarlos con máquinas clásicas de alto rendimiento.
Las investigaciones sugieren que la leaflage más grande no proviene del hardware. El progreso avanzado en el defecto en los algoritmos y la reducción de la sobrecarga costosa es el progreso del volumen del espacio de los circuitos cuánticos. En lugar de hacer un progreso teórico, los factores estáticos ya han dado ahorros dramáticos y se espera que continúen.
Los investigadores han advertido que la tecnología de pronóstico, como la tecnología subyacente, es inherentemente incierta. Las pautas del vendedor son ambiciosas, y algunos hitos, tienen que lograr un error, no es lo mismo. El estudio hace sus estimaciones como los límites superiores si admiten que tanto el avance del hardware como los avances algorítmicos inesperados pueden cambiar la imagen.
Otro límite es que un análisis adicional se centra en problemas estables como los cálculos de combustible en el estado terrestre, donde los estándares se definen mejor. Problemas dinámicos La química del tiempo de Nija, los conflictos de partículas o el plasma sigue siendo un sin confusión, y se puede exigir de lo que sugieren los modelos actuales.
Instrucciones para el futuro
Mirando hacia el futuro, el informe simboliza los tres campos de progreso que forman el campo:
- Algoritmo – Los cortes continuos en las renuncias y puertas requeridas continúan cerrando la distancia entre hardware y aplicaciones.
- Criterio de ejecución – Las matrices como SQSP son cruciales para comparar y planificar el almacenamiento.
- Estrategias de integración – El DOE y otras organizaciones necesitan marcos para combinar supercomputadoras clásicas y procesadores cuánticos en flujos de trabajo híbridos.
El equipo advirtió que la computación cuántica tiene una promesa para la invención científica, pero el progreso no está garantizado. Llegar a ese futuro no solo requiere innovación y continuidad, sino también una estrecha colaboración en todo el campo.
Él dice: “Además, los recursos clásicos que son esenciales para los algoritmos híbridos, que son la corrección de errores y los recursos cuánticos y clásicos, requieren un ensamblaje estricto entre el HPC y la computación cuántica (QC).
Para una inmersión más profunda y técnica, consulte el documento sobre ARXIV. Es importante tener en cuenta que los ARC del servidor pre-Muddy, que permite a los investigadores obtener una respuesta rápida sobre su trabajo. Sin embargo, las revistas de pares oficiales no son publicaciones: este artículo no lo es. La revisión por pares es un paso importante en el proceso científico para revisar los resultados.
RESOMETET INSED: Camp Camp, Eripa Rapa, Kurpa, Kare Kins, Sugerencia,
Shiva Darja, John Balevsky, Brian Austin y Nicholas J. Derecha
