Mezi obrovským potenciálem kvantových počítačů a praktickými potřebami umělé inteligence stála dlouhá léta zásadní překážka. Zatímco kvantové počítače vynikají ve složitých matematických výpočtech, mají potíže se zpracováním masivních a hlučných souborů dat – jako jsou genomické sekvence nebo spotřebitelské recenze – které řídí moderní strojové učení.
Nový výzkum vedený Xing-Yuan Huangem z Oratomic naznačuje, že jsme možná konečně našli způsob, jak tuto propast překlenout. To by mohlo potenciálně umožnit kvantovým strojům překonat i ty nejvýkonnější klasické superpočítače v úkolech AI.
Problém „paměťové zdi“.
Abyste pochopili tento průlom, musíte pochopit hlavní překážku: načítání dat.
V klasickém počítání jsou data ukládána v bitech (0 a 1). V kvantovém počítání se data zpracovávají pomocí „superpozice“, stavu, ve kterém existuje více možností současně. Aby bylo možné využít sílu kvantových technologií pro AI, vědci se dříve domnívali, že všechny soubory dat budou muset být převedeny do tohoto kvantového stavu a uloženy ve specializované kvantové paměti, než začne zpracování.
Problém byl v měřítku. Aby bylo možné uložit dostatek dat, aby byly kvantové výpočty užitečné pro AI, muselo by množství požadované kvantové paměti být nepředstavitelně obrovské – více, než je fyzicky možné dosáhnout pomocí současných nebo připravovaných technologií.
Řešení prostřednictvím „streamování“
Huang a jeho tým, včetně Haimeng Zhao z Caltechu, navrhli změnu paradigmatu. Namísto snahy „stáhnout“ celý masivní soubor dat do kvantové paměti, jejich metoda umožňuje vkládání dat do počítače v malých kouscích.
Představte si rozdíl mezi stažením velkého 4K filmu před sledováním (což vyžaduje obrovské množství paměti) a streamováním po kousku (což vyžaduje mnohem méně zdrojů).
Postupným zpracováním dat vědci prokázali, že:
– Kvantové počítače dokážou zpracovat velké soubory dat, aniž by vyžadovaly nemožné množství paměti.
– Výhoda paměti je ohromující: kvantový počítač s pouhými 300 bezchybnými „logickými qubity“ by teoreticky mohl překonat klasický počítač sestavený z každého atomu v pozorovatelném vesmíru.
Načasování a skutečný dopad
Přestože teoretický přínos je obrovský, praktické využití se teprve uvidí.
- Blízký termín: Vědci se domnívají, že počítač s 60 logickými qubity by mohl být postaven do konce tohoto desetiletí. I při této relativně malé velikosti výzkum naznačuje, že pro specifické úkoly AI se může objevit „kvantová převaha“.
- Vědecké aplikace: Tato technologie by mohla být revoluční pro vysoce výkonná vědecká prostředí, jako je Velký hadronový urychlovač, kde se obrovské množství dat generuje tak rychle, že velká část musí být vyřazena z důvodu omezení paměti.
- Upozornění: Odborníci varují, že ne všechna umělá inteligence přejde na kvantové technologie. Většina současných úloh AI – těch, které v současnosti spotřebovávají obrovské množství energie v datových centrech – pravděpodobně zůstane na klasických grafických procesorech (GPU). Kromě toho musí výzkumníci zajistit, aby tyto nové algoritmy nemohly být „dekvantizovány“ (reprodukovány na klasických počítačích, aniž by ztratily svou výhodu).
“Kvantový stroj je velmi výkonné zařízení, ale musí se nejprve nakrmit. Tento výzkum je o tom, jak nakrmit systém a jak načítat data kousek po kousku, aniž by to zvíře překrmilo.” — Adrian Perez-Salinas, ETH Zurich
Závěr
Řešením problému, jak „nakrmit“ data kvantovému procesoru bez přetížení jeho paměti, překonali výzkumníci velkou překážku praktické kvantové umělé inteligence. Bude-li tento přístup úspěšný, umožní kvantovým počítačům zpracovávat masivní soubory vědeckých a analytických dat, které jsou v současnosti nedostupné i těm největším klasickým superpočítačům.
