Những nguyên tắc mới của Qiskit của IBM giúp dễ dàng phát triển thuật toán cho máy tính lượng tử

Cuộc đua tính toán lượng tử chưa kết thúc, nhưng rõ ràng IBM đang dẫn đầu một cách sớm và đáng kể.

Đánh giá này đến ngay sau sự ra mắt mới nhất của Big Blue: hai nguyên tắc mới của Qiskit Runtime ra mắt hôm nay (bạn đọc đọc đầu tiên tại đây).

Tính toán lượng tử hứa hẹn làm hai điều cho xã hội: giúp chúng ta giải quyết vấn đề ngày nay nhanh hơn và đặt chúng ta vào vị trí để giải quyết vấn đề của ngày mai.

Và liệu những vấn đề đó có liên quan đến tối ưu hóa, mô phỏng, hoặc tìm kiếm kim trong đống cỏ khô, chúng ta sẽ cần máy tính mạnh mẽ đủ để giải quyết chúng.

Nhưng chúng ta cũng sẽ cần cơ sở hạ tầng đám mây, phần mềm và mọi loại giao diện giữa hệ thống cổ điển và lượng tử.

IBM phát triển Qiskit Runtime để làm cho việc vận hành máy tính lượng tử dễ dàng hơn đối với những người không có bằng cấp về vật lý.

Đó là gì?

Như công ty mô tả trong một bài đăng trên blog gần đây:

Qiskit Runtime cho phép người dùng triển khai các chương trình thay vì mạch điện. Containers cho phép họ đóng gói mã nguồn và tất cả các phụ thuộc của nó để chương trình lượng tử chạy nhanh chóng và đáng tin cậy từ môi trường tính toán này sang môi trường khác.

Và những nguyên tắc mới này đưa điều đó một bước tiến xa hơn bằng cách làm cho Qiskit trở nên dễ tiếp cận hơn đối với các nhà phát triển thuật toán.

Được đặt tên là “Sampler” và “Estimator,” hai nguyên tắc mới này về cơ bản làm cho nhiều bước cần thiết trong quy trình tính toán lượng tử trở nên thuận tiện hơn cho các nhà phát triển.

Blake Johnson, Giám đốc Nền tảng Lượng tử của IBM, và Tushar Mittal, Quản lý Sản phẩm Lượng tử cấp cao tại IBM, cho biết với Neural:

Máy tính lượng tử theo bản chất là xác suất. Một trong những điều làm cho chúng đặc biệt là chúng tạo ra phân phối xác suất phi cổ điển như kết quả của chúng. Do đó, hầu hết mọi phát triển thuật toán đều yêu cầu làm việc với những phân phối xác suất phi cổ điển này.

Hai công việc phổ biến nhất mà người ta có thể thực hiện với một phân phối xác suất là lấy mẫu từ nó hoặc ước lượng một lượng trên đó, đó chính xác là những công việc mà các nguyên tắc Sampler và Estimator thực hiện.

Còn về điều gì, cụ thể, chúng làm… đó là một chút phức tạp hơn. Và nó phụ thuộc vào bạn đang cố gắng đạt được điều gì. Ý nghĩa chung của máy tính lượng tử là làm mọi thứ trở nên nhanh hơn.

Nhưng qubits — tương đương lượng tử của một bit máy tính — không thông minh. Chúng không biết bạn đang cố gắng giải quyết vấn đề gì. Và không có ứng dụng cho máy tính lượng tử.

Điều này có nghĩa là những nhà phát triển tại điểm đỉnh cần lập trình mạch và cấu hình lại máy chủ mỗi khi họ muốn thử nghiệm một cái gì đó.

Tuy nhiên, có nhiều vấn đề có thể giảm xuống thành các điểm khởi đầu đơn giản được gọi là nguyên tắc.

Sampler và Estimator chủ yếu thực hiện những gì họ được gọi là, nhưng chúng thực hiện lấy mẫu và ước lượng thông qua việc sử dụng cả tính toán cổ điển và lượng tử.

Theo Johnson và Mittal:

Vì những hoạt động này nằm ở trung tâm của việc làm việc với máy tính lượng tử, chúng tôi kỳ vọng rằng Sampler và Estimator sẽ có ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các trường hợp sử dụng thuật toán. Ví dụ, một nhà phát triển có thể sử dụng Estimator để ước lượng một quan sát tương ứng với cấu trúc điện tử của một phân tử, chi phí của một cấu hình của một vấn đề tối ưu hóa, hoặc kernel của một nhiệm vụ máy học. Trong khi đó, Sampler có thể được sử dụng trong các nhiệm vụ tìm kiếm như thuật toán của Grover.

Tại sao điều này quan trọng?

Máy tính lượng tử vẫn chủ yếu là thử nghiệm. Dĩ nhiên, IBM đang giải quyết các vấn đề ngày nay bằng hệ thống máy tính lượng tử được truy cập qua đám mây và có một số công ty khác đang cung cấp các giải pháp dựa trên lượng tử cho khách hàng ngay bây giờ.

Nhưng, phần lớn, các nhà vật lý, kỹ sư và nhà phát triển làm việc ở điểm đỉnh của tính toán lượng tử đều đang phát minh theo hướng đi của họ.

Cuối cùng, IBM muốn khách hàng của mình quyết định vấn đề nào quan trọng và làm thế nào công ty nên triển khai các giải pháp dựa trên lượng tử.

Nhưng sự mất kết nối lớn giữa các nhà vật lý lượng tử vận hành máy trong phòng thí nghiệm và các chuyên gia máy tính thông thường xây dựng thuật toán cho doanh nghiệp làm cho việc tiếp cận các giải pháp lượng tử trở nên vô cùng khó khăn đối với những người không chuyên.

Qiskit Runtime và những nguyên tắc mới này là một bước quan trọng theo hướng đúng. Bạn có thể xây dựng chiếc tàu vũ trụ tốt nhất trên thế giới, nhưng nếu không ai có thể lái nó hoặc hiểu hệ thống điều hướng của nó: nó là vô dụng. Nguyên tắc Qiskit Runtime, về cơ bản, là sách hướng dẫn của phi công.

Đó là lý do tại sao những bước đi nhỏ này lại quan trọng đến vậy. Việc IBM đang ở trong tình thế cần những nguyên tắc lượng tử này là dấu hiệu quảng bá lớn nhất về vị trí thị trường chúng ta đã thấy — và nó đã có đến 400,000 người dùng trong hệ sinh thái lượng tử của mình.

Điều tiếp theo là gì?

IBM là ứng cử viên hàng đầu rõ ràng trong cuộc đua máy tính lượng tử. Nó đã có mặt trên thị trường, bám sát với giới học thuật và các nguồn thông tin công nghệ lớn khác, và đang đổi mới ở vị trí tiên tiến nhất của máy tính lượng tử kết hợp với máy tính cổ điển.

Nhưng Big Blue chưa bao giờ hài lòng nằm nghỉ trên thành tựu của mình. Một cái nhìn nhanh vào đường lộ trình lượng tử của công ty nói cho bạn biết mọi thứ bạn cần biết về những hoài bão của nó.

Có lẽ mục nhập đáng chú ý nhất ở trên là sự ra mắt sắp tới của vi xử lý “Osprey”. Với 433 qubits, nó sẽ trở thành vi xử lý lượng tử lớn nhất thế giới khi ra mắt. Và công ty dự định sẽ gấp đôi con số đó vào năm sau.

Nếu IBM có thể thực hiện đúng những mục trong đường lộ trình này, đối thủ của họ sẽ gặp khó khăn để đuổi kịp.

Bạn có thể tranh cãi liệu Google, Microsoft, D-Wave, hay một ứng viên ngoại ý có phải là người thứ hai hay không. Nhưng không có cuộc tranh luận nào rằng IBM đang dẫn đầu trong cuộc đua máy tính lượng tử năm 2022.

Cập nhật 8:53 4/12: IBM cung cấp cho chúng tôi phiên bản cập nhật của đường lộ trình lượng tử của họ, thay thế hình ảnh ban đầu bằng hình ảnh mới.