Технологический и вычислительный гигант Nvidia недавно выпустил семейство моделей искусственного интеллекта с открытым исходным кодом под названием Ising, которое, по его утверждению, является первым в мире набором моделей искусственного интеллекта, специально предназначенным для калибровки и исправления ошибок квантовых вычислений. NVIDIA заявила, что это семейство моделей поможет научно-исследовательским учреждениям и компаниям создавать более мощные квантовые компьютеры, давая им возможность запускать действительно полезные практические приложения в большем масштабе.
Чтобы квантовый компьютер мог запускать сложные приложения, системе необходимо обрабатывать единицы квантовой информации размером в миллионы кубитов. Однако сами кубиты чрезвычайно хрупкие, чувствительны к шумовым помехам и подвержены ошибкам. По мере расширения масштабов квантовых компьютеров система должна иметь возможность выполнять коррекцию ошибок и точную калибровку в режиме реального времени во время работы, а также компенсировать колебания окружающей среды, чтобы поддерживать достоверность результатов вычислений. Основатель и генеральный директор NVIDIA Дженсен Хуанг сказал: «ИИ — это ключ к практическому использованию квантовых вычислений». По его мнению, вместе с Изингом «ИИ станет плоскостью управления квантовыми машинами – эквивалентом операционной системы квантовых машин, преобразующей хрупкие кубиты в масштабируемые и надежные системы квантового графического процессора».
Название Изинг происходит от модели Изинга, классической математической модели в физике, которая используется для описания взаимодействия между спинами частиц и более краткой характеристики сложных физических систем. На этот раз NVIDIA предоставляет два типа моделей: одна используется для исправления ошибок в реальном времени, а другая ориентирована на калибровку квантовых систем.
Что касается исправления ошибок, Ising Decoding отвечает за «декодирование» квантовых измерений в шумных условиях в когерентные выходные данные. Он основан на трехмерной сверточной нейронной сети и предлагает два варианта: один ориентирован на скорость, а другой на точность. Nvidia утверждает, что по сравнению с pyMatching, инструментом исправления ошибок, обычно используемым в современной индустрии с открытым исходным кодом, Ising Decoding может увеличить скорость декодирования до 2,5 раз и повысить точность примерно в 3 раза.
Что касается калибровки, Ising Calibration в основном предназначена для физиков и инженерных групп и используется для настройки, измерения и оптимизации управляющих сигналов квантового оборудования. Эти управляющие сигналы включают микроволны, лазеры и другие физические средства. Высококачественный квантовый результат во многом зависит от точной калибровки, позволяющей устранить такие проблемы, как шум, нестабильность оборудования и дрейф параметров с течением времени. По словам NVIDIA, Ising Calibration — это модель визуального языка, которая может быстро интерпретировать данные измерений от квантовых процессоров и управлять агентами искусственного интеллекта для непрерывного и автоматического завершения процесса калибровки.
Говоря о будущей дорожной карте, директор по продуктам Nvidia Quantum Сэм Стэнвик заявил на пресс-конференции, что компания решила сначала запустить декодирование и калибровку, поскольку эти два звена являются наиболее серьезными узкими местами, ограничивающими расширение квантовых систем. Он назвал эти две задачи «рабочими нагрузками в форме ИИ» и полагал, что внедрение ИИ в этих областях может иметь немедленный и значительный эффект. Однако он также подчеркнул, что долгосрочное видение Nvidia этим не ограничивается. Есть надежда, что в будущем ИИ сможет также участвовать в построении и оптимизации квантовых схем, что сделает декодирование и калибровку первыми вехами на пути к созданию суперкомпьютерных платформ с квантовыми графическими процессорами.
В настоящее время декодирование Изинга и калибровка Изинга начали применяться на предприятиях и в научно-исследовательских учреждениях. Что касается декодирования ошибок, Корнелльский университет, Национальные лаборатории Сандии, Калифорнийский университет в Сан-Диего, Калифорнийский университет в Санта-Барбаре и другие учреждения начали использовать соответствующие модели. Что касается калибровки, многие компании и исследовательские организации, связанные с квантовыми вычислениями, такие как Atom Computing, Academia Sinica, EeroQ, IonQ, IQM Quantum Computers, Q‑CTRL и т. д., уже используют Ising Calibration для отладки и оптимизации системы.
Чтобы снизить барьеры для использования, NVIDIA также выпустила набор руководств «поваренной книги», которые включают примеры рабочих процессов для квантовых вычислений и вспомогательные данные обучения, а также предоставляет микросервисы на основе NVIDIA NIM. Эти ресурсы помогут разработчикам настраивать, обучать и точно настраивать модели на основе различных архитектур квантового оборудования и запускать их в местных исследовательских средах, используя возможности искусственного интеллекта, сохраняя при этом конфиденциальные экспериментальные данные внутри учреждения.