Гонка оптимизаций
Помните, мы рассказывали, как Hyundai ищет способы улучшить характеристики аккумуляторов? Видимо, борьба за первенство в этой сфере разыгралась между производителями автомобилей не на шутку.
Toyota тоже собирается использовать квантовые вычисления для поиска новых материалов и разработки более надежных аккумуляторов для электромобилей. Для этого производитель обратится к первому в Японии коммерческому 27-кубитовому квантовому компьютеру от IBM и Токийского университета. Также Toyota объединилась с компанией QunaSys, разработчиком ПО для квантовых вычислений. Партнеры применят метод DFT или, иными словами, теорию функционала плотности, которая моделирует электронную структуру материала. С помощью этого метода также оценивают устойчивость органических молекул и описывают их строение. Посмотрим, что из этого получится. Ведь 27-кубитный компьютер, конечно, маловат для таких задач, да и с момента появления новости не появлялось никаких апдейтов о результатах или процессе работы. Так что пока это выглядит больше как пиар-ход.
Интереснее всего, на наш взгляд, поступила BMW Group. Совместно с облачным сервисом от Amazon они провели в конце 2021 года конкурс «Quantum Computing Challenge» на лучшее решение задач оптимизации, поставленных перед компанией. Задач нашлось целых 50 на различных этапах производства, но конкурс проводился только по тем четырём направлениям, где квантовые вычисления могут принести выгоду уже в ближайшем будущем. Всего в конкурсе участвовало почти 70 команд со всего мира. Из них 20 команд продолжат сотрудничество с BMW. Таким образом компания не только решает поставленные перед ней задачи, не отставая от конкурентов, но и увеличивает социальный капитал.
Кажется, это наиболее выигрышная стратегия, потому что за любыми открытиями и идеями стоят в первую очередь люди.
Помните, мы рассказывали, как Hyundai ищет способы улучшить характеристики аккумуляторов? Видимо, борьба за первенство в этой сфере разыгралась между производителями автомобилей не на шутку.
Toyota тоже собирается использовать квантовые вычисления для поиска новых материалов и разработки более надежных аккумуляторов для электромобилей. Для этого производитель обратится к первому в Японии коммерческому 27-кубитовому квантовому компьютеру от IBM и Токийского университета. Также Toyota объединилась с компанией QunaSys, разработчиком ПО для квантовых вычислений. Партнеры применят метод DFT или, иными словами, теорию функционала плотности, которая моделирует электронную структуру материала. С помощью этого метода также оценивают устойчивость органических молекул и описывают их строение. Посмотрим, что из этого получится. Ведь 27-кубитный компьютер, конечно, маловат для таких задач, да и с момента появления новости не появлялось никаких апдейтов о результатах или процессе работы. Так что пока это выглядит больше как пиар-ход.
Интереснее всего, на наш взгляд, поступила BMW Group. Совместно с облачным сервисом от Amazon они провели в конце 2021 года конкурс «Quantum Computing Challenge» на лучшее решение задач оптимизации, поставленных перед компанией. Задач нашлось целых 50 на различных этапах производства, но конкурс проводился только по тем четырём направлениям, где квантовые вычисления могут принести выгоду уже в ближайшем будущем. Всего в конкурсе участвовало почти 70 команд со всего мира. Из них 20 команд продолжат сотрудничество с BMW. Таким образом компания не только решает поставленные перед ней задачи, не отставая от конкурентов, но и увеличивает социальный капитал.
Кажется, это наиболее выигрышная стратегия, потому что за любыми открытиями и идеями стоят в первую очередь люди.
Математическая модель может объяснить рисунок ящерицы
Исследователи из Швейцарии продемонстрировали, что формирование цвета чешуи глазчатой ящерицы объясняется при помощи модели Изинга, о которой мы говорили ранее. Окончательный узор ящерицы возникает в результате переключения чешуек при взрослении между двумя состояниями: чёрным и зелёным. Какой цвет будет идти дальше — зависит от соседних чешуек. Это и напомнило физикам распределение вероятностей в системе спинов через их взаимодействия друг с другом и с внешним полем.
Но если модель Изинга использует кристаллическую решетку, в узлах которой находятся атомы, то в данном исследовании узлы заменили на чешуйки в виде гексагона (шестигранника), а две возможные проекции спина превратились в два упомянутых цвета. Физики увидели, что прогноз модели Изинга точно воссоздает развитие рисунка на чешуе в течении жизни этих ящериц, лабиринтный характер их окончательных узоров и даже преобладающий баланс черной чешуи над зелёной.
Интересно, что гипотеза формирования паттернов (например, полос у тигра) была предложена ещё в 1952 году тоже не биологом или зоологом, а известным английским математиком Аланом Тьюрингом, который внес существенный вклад в компьютерные науки (об этом выше) и теорию ИИ. Эти примеры демонстрируют важность междисциплинарных работ и взаимодействий.
Исследователи из Швейцарии продемонстрировали, что формирование цвета чешуи глазчатой ящерицы объясняется при помощи модели Изинга, о которой мы говорили ранее. Окончательный узор ящерицы возникает в результате переключения чешуек при взрослении между двумя состояниями: чёрным и зелёным. Какой цвет будет идти дальше — зависит от соседних чешуек. Это и напомнило физикам распределение вероятностей в системе спинов через их взаимодействия друг с другом и с внешним полем.
Но если модель Изинга использует кристаллическую решетку, в узлах которой находятся атомы, то в данном исследовании узлы заменили на чешуйки в виде гексагона (шестигранника), а две возможные проекции спина превратились в два упомянутых цвета. Физики увидели, что прогноз модели Изинга точно воссоздает развитие рисунка на чешуе в течении жизни этих ящериц, лабиринтный характер их окончательных узоров и даже преобладающий баланс черной чешуи над зелёной.
Интересно, что гипотеза формирования паттернов (например, полос у тигра) была предложена ещё в 1952 году тоже не биологом или зоологом, а известным английским математиком Аланом Тьюрингом, который внес существенный вклад в компьютерные науки (об этом выше) и теорию ИИ. Эти примеры демонстрируют важность междисциплинарных работ и взаимодействий.
Конференция «Квантовые вычисления для бизнеса» прошла в Сан-Диего
На трехдневной конференции в Калифорнии собрались десятки фирм, которые поделились реальными историями внедрения квантовых вычислений на предприятиях. Программа мероприятия затрагивала темы безопасности, оптимизации маршрутов, сферы финансов и фармацевтики.
Эта конференция – ведущая в своей сфере. В 2018 году на ней ввели новое понятие — эра NISQ (noisy intermediate-scale quantum era) или, выражаясь понятным языком, – эра недоквантовых технологий. Это понятие используется для описания текущего состояния производства квантовых процессоров: а именно, что их мощности не превышают 50-100 кубит, их работа нестабильна (они могут легко потерять свое квантовое состояние), а результаты вычислений содержат большое количество ошибок (шумов). Другими словами квантовые компьютеры эры NISQ — это демонстраторы технологии, а не устройства, несущие практическую пользу. Однако решать проблемы оптимизации с помощью квантовых вычислений можно уже сейчас!
На этой же декабрьской конференции подробно рассмотрели кейс взаимодействия Fujitsu и администрации Гамбурга, который показывает, как можно снизить выбросы углекислого газа на 9% за счет оптимизации логистики. QC Ware, крупный разработчик квантовых алгоритмов из Калифорнии, поделился примером квантово-гибридных вычислений в проекте по моделированию взаимодействия белков. А D-Wave Systems, канадский производитель квантовых аннилеров (специальных компьютеров, созданных исключительно для решения оптимизационных задач), рассказывал о сотрудничестве с PayPal и промоутировал использование своего метода квантового отжига для мониторинга мошеннических транзакций. PayPal утверждает, что ежедневно обрабатывает пользовательские транзакции на сумму более $1 млрд. Сами понимаете, сколько тут стоит всего процент улучшений. Значимость работы всех компаний, представленных на конференции, сложно переоценить. Они действительно показывают то, как квантовые и quantum-inspired алгоритмы двигают науку.
Отдыхать на конференции предприниматели и ученые тоже не забывали, а потому устроили соревнования по “квантовым” шахматам. У экстраординарных людей — необычные развлечения 😄
На трехдневной конференции в Калифорнии собрались десятки фирм, которые поделились реальными историями внедрения квантовых вычислений на предприятиях. Программа мероприятия затрагивала темы безопасности, оптимизации маршрутов, сферы финансов и фармацевтики.
Эта конференция – ведущая в своей сфере. В 2018 году на ней ввели новое понятие — эра NISQ (noisy intermediate-scale quantum era) или, выражаясь понятным языком, – эра недоквантовых технологий. Это понятие используется для описания текущего состояния производства квантовых процессоров: а именно, что их мощности не превышают 50-100 кубит, их работа нестабильна (они могут легко потерять свое квантовое состояние), а результаты вычислений содержат большое количество ошибок (шумов). Другими словами квантовые компьютеры эры NISQ — это демонстраторы технологии, а не устройства, несущие практическую пользу. Однако решать проблемы оптимизации с помощью квантовых вычислений можно уже сейчас!
На этой же декабрьской конференции подробно рассмотрели кейс взаимодействия Fujitsu и администрации Гамбурга, который показывает, как можно снизить выбросы углекислого газа на 9% за счет оптимизации логистики. QC Ware, крупный разработчик квантовых алгоритмов из Калифорнии, поделился примером квантово-гибридных вычислений в проекте по моделированию взаимодействия белков. А D-Wave Systems, канадский производитель квантовых аннилеров (специальных компьютеров, созданных исключительно для решения оптимизационных задач), рассказывал о сотрудничестве с PayPal и промоутировал использование своего метода квантового отжига для мониторинга мошеннических транзакций. PayPal утверждает, что ежедневно обрабатывает пользовательские транзакции на сумму более $1 млрд. Сами понимаете, сколько тут стоит всего процент улучшений. Значимость работы всех компаний, представленных на конференции, сложно переоценить. Они действительно показывают то, как квантовые и quantum-inspired алгоритмы двигают науку.
Отдыхать на конференции предприниматели и ученые тоже не забывали, а потому устроили соревнования по “квантовым” шахматам. У экстраординарных людей — необычные развлечения 😄
NASA оптимизирует маршруты спутниковых миссий
NASA объявило о трехлетнем соглашении с Немецким аэрокосмическим центром (DLR). Они вместе займутся разработкой ПО с открытым исходным кодом для квантовых компьютеров с целью решения реальных аэрокосмических задач.
В 2015 году DLR создала исследовательскую группу по квантовым вычислениям и опубликовала программный модуль, в рамках которого квантовыми вычислениями решаются разные задачи. Например, оптимизация маршрутов трансатлантических рейсов, размещение самолетов в крупных аэропортах и планирование спутниковых миссий. В настоящее время NASA и DLR разрабатывают дополнительные модули. Хотя квантовых компьютеров еще нет, программ, которые будут на них работать, сделано уже целое множество. Это будет лишь «один из».
Проблема составления маршрутов в космосе может показаться слишком далёкой от нас, но задачи планирования стоят перед всеми отраслями. Оптимизировать можно процесс производства, хранения и поставки товара. И все это – на обычном компьютере при помощи quantum-inspired алгоритмов.
NASA объявило о трехлетнем соглашении с Немецким аэрокосмическим центром (DLR). Они вместе займутся разработкой ПО с открытым исходным кодом для квантовых компьютеров с целью решения реальных аэрокосмических задач.
В 2015 году DLR создала исследовательскую группу по квантовым вычислениям и опубликовала программный модуль, в рамках которого квантовыми вычислениями решаются разные задачи. Например, оптимизация маршрутов трансатлантических рейсов, размещение самолетов в крупных аэропортах и планирование спутниковых миссий. В настоящее время NASA и DLR разрабатывают дополнительные модули. Хотя квантовых компьютеров еще нет, программ, которые будут на них работать, сделано уже целое множество. Это будет лишь «один из».
Проблема составления маршрутов в космосе может показаться слишком далёкой от нас, но задачи планирования стоят перед всеми отраслями. Оптимизировать можно процесс производства, хранения и поставки товара. И все это – на обычном компьютере при помощи quantum-inspired алгоритмов.
Первые рекомендации по этическим аспектам квантовых вычислений
В январе 2022 года Всемирный экономический форум опубликовал информационный отчет-рекомендацию по регулированию квантовых вычислений. В нем принципы работы с квантовыми технологиями сгруппированы по девяти темам и представляют семь основных ценностей: труд на общее благо, ответственность, справедливость, доступность, прозрачность и непричинение вреда.
Хотя такая сфера науки как квантовые вычисления находится пока еще на сравнительно ранней стадии развития, в своем потенциале она несет кардинальные преимущества многим отраслям. Однако у любой медали — две стороны, и проблемы, которые могут возникнуть с развитием квантовых компьютеров, требуют глобальной и междисциплинарной дискуссии. Как и в любом деле, здесь важен баланс между свободой и ответственностью. Отсутствие качественной коммуникации с потребителями может привести к росту дезинформации и непонимания технологий. Такое мы уже наблюдали и не раз: взять к примеру атаки на вышки 5G или движения против вакцинации.
Изучать влияние технологии на мир лучше тогда, когда она все еще находится на этапе проектирования и разработки. По словам экспертов ВЭФ, разбор “на берегу” позволит укрепить доверие к технологии и предотвратит возможные риски.
В январе 2022 года Всемирный экономический форум опубликовал информационный отчет-рекомендацию по регулированию квантовых вычислений. В нем принципы работы с квантовыми технологиями сгруппированы по девяти темам и представляют семь основных ценностей: труд на общее благо, ответственность, справедливость, доступность, прозрачность и непричинение вреда.
Хотя такая сфера науки как квантовые вычисления находится пока еще на сравнительно ранней стадии развития, в своем потенциале она несет кардинальные преимущества многим отраслям. Однако у любой медали — две стороны, и проблемы, которые могут возникнуть с развитием квантовых компьютеров, требуют глобальной и междисциплинарной дискуссии. Как и в любом деле, здесь важен баланс между свободой и ответственностью. Отсутствие качественной коммуникации с потребителями может привести к росту дезинформации и непонимания технологий. Такое мы уже наблюдали и не раз: взять к примеру атаки на вышки 5G или движения против вакцинации.
Изучать влияние технологии на мир лучше тогда, когда она все еще находится на этапе проектирования и разработки. По словам экспертов ВЭФ, разбор “на берегу” позволит укрепить доверие к технологии и предотвратит возможные риски.
Запрет на продажу квантовых компьютеров
ЕС планирует ввести новый пакет санкций: среди прочего теперь и запрет на экспорт в Россию квантовых компьютеров, полупроводников и транспортного оборудования стоимостью до €10 млрд.
«Тем самым мы продолжим снижать технологическую базу и промышленные мощности России»— написано на сайте ЕС.
Интересно, что настоящих квантовых компьютеров у них пока нет. Существуют лишь прототипы, которые стоят в лабораториях, а не производятся на экспорт.
Что ж, в любом случае будем импортозамещать и продолжать разработку собственных квантовых компьютеров. 🤷🏻♂️
Еще в декабре в рамках реализации дорожной карты «Квантовые вычисления» ученые из Российского квантового центра представили прототип квантового компьютера на ионах. Исследователи разработали систему из 4 кубитов, применив оригинальную технологию масштабирования квантовых процессоров с использованием кудитов (расширенная версия кубитов).
ЕС планирует ввести новый пакет санкций: среди прочего теперь и запрет на экспорт в Россию квантовых компьютеров, полупроводников и транспортного оборудования стоимостью до €10 млрд.
«Тем самым мы продолжим снижать технологическую базу и промышленные мощности России»— написано на сайте ЕС.
Интересно, что настоящих квантовых компьютеров у них пока нет. Существуют лишь прототипы, которые стоят в лабораториях, а не производятся на экспорт.
Что ж, в любом случае будем импортозамещать и продолжать разработку собственных квантовых компьютеров. 🤷🏻♂️
Еще в декабре в рамках реализации дорожной карты «Квантовые вычисления» ученые из Российского квантового центра представили прототип квантового компьютера на ионах. Исследователи разработали систему из 4 кубитов, применив оригинальную технологию масштабирования квантовых процессоров с использованием кудитов (расширенная версия кубитов).
Удивительно, как быстро меняются принципы
В отчете Всемирного экономического форума, о котором мы писали ранее, одними из основных принципов работы с квантовыми технологиями являются «доступность» и «открытость», которые достигаются путём международного сотрудничества. Риски несоблюдения принципа также прописаны: «Если развитие квантовых вычислений переместится в несколько национальных государств, существует повышенный риск того, что социально выгодные варианты использования, такие как борьба с изменением климата, будут лишены приоритета в пользу задач, дающих конкурентное или геостратегическое преимущество определенной группе.»
В обиход уже давно вошло явление гринвошинга, когда производители убеждают потребителей в экологичности продукции (даже если это не так). Теперь обороты набирает новое понятие — ethics washing. Его хорошо иллюстрирует этот мем.
В отчете Всемирного экономического форума, о котором мы писали ранее, одними из основных принципов работы с квантовыми технологиями являются «доступность» и «открытость», которые достигаются путём международного сотрудничества. Риски несоблюдения принципа также прописаны: «Если развитие квантовых вычислений переместится в несколько национальных государств, существует повышенный риск того, что социально выгодные варианты использования, такие как борьба с изменением климата, будут лишены приоритета в пользу задач, дающих конкурентное или геостратегическое преимущество определенной группе.»
В обиход уже давно вошло явление гринвошинга, когда производители убеждают потребителей в экологичности продукции (даже если это не так). Теперь обороты набирает новое понятие — ethics washing. Его хорошо иллюстрирует этот мем.
Оптимизация в порту Гамбурга
Fujitsu и администрация порта Гамбурга совместными усилиями снизили выбросы углекислого газа на 9%. Этого получилось добиться в результате их проекта по снижению загруженности портов, а именно за счет сокращения времени простоя судов, грузовиков и автомобилей.
Заторы в цепочке поставок происходят по всему миру. Но администрация порта Гамбурга показала, как с этим справиться! Проект демонстрирует новый целостный подход к оптимизации светофорного регулирования всей транспортной инфраструктуры: дорог, переходов и мостов. Вместо локального управления светофорными переходами, Fujitsu Digital Annealer оптимизирует всю сеть. Это значительно сокращает время простоя судов, грузовиков и автомобилей, что приводит к более быстрому взаимодействию в цепочке поставок, увеличению потока товаров и снижению уровня парниковых газов. Так, общее время в пути грузовых машин сократилось на целых 15%. Не стоит забывать и о том, что такая оптимизация непосредственно влияет и на то, как задействуется и человеческий ресурс. Возможно, на вооружение это возьмут и города.
Спрос на грузоперевозки растет с каждым годом, поэтому все чаще приходится решать проблемы ограниченного физического пространства. Также компании и правительства пытаются уменьшить углеродный след, а заторы в портах этому явно не способствуют. Оптимизация является логичным способом решения обеих этих проблем.
Fujitsu и администрация порта Гамбурга совместными усилиями снизили выбросы углекислого газа на 9%. Этого получилось добиться в результате их проекта по снижению загруженности портов, а именно за счет сокращения времени простоя судов, грузовиков и автомобилей.
Заторы в цепочке поставок происходят по всему миру. Но администрация порта Гамбурга показала, как с этим справиться! Проект демонстрирует новый целостный подход к оптимизации светофорного регулирования всей транспортной инфраструктуры: дорог, переходов и мостов. Вместо локального управления светофорными переходами, Fujitsu Digital Annealer оптимизирует всю сеть. Это значительно сокращает время простоя судов, грузовиков и автомобилей, что приводит к более быстрому взаимодействию в цепочке поставок, увеличению потока товаров и снижению уровня парниковых газов. Так, общее время в пути грузовых машин сократилось на целых 15%. Не стоит забывать и о том, что такая оптимизация непосредственно влияет и на то, как задействуется и человеческий ресурс. Возможно, на вооружение это возьмут и города.
Спрос на грузоперевозки растет с каждым годом, поэтому все чаще приходится решать проблемы ограниченного физического пространства. Также компании и правительства пытаются уменьшить углеродный след, а заторы в портах этому явно не способствуют. Оптимизация является логичным способом решения обеих этих проблем.
Rigetti и Nasdaq объединяются для использования квантовых технологий в финансовой сфере
Сотрудничество объединит квантовые компьютеры Rigetti и данные Nasdaq, крупнейшей американской биржи, специализирующейся на акциях высокотехнологичных компаний. Использоваться будет облачный сервис Rigetti Quantum Cloud Services с 80-кубитным квантовым процессором.
Партнеры планируют исследовать возможность применения квантового компьютера к таким задачам как обнаружение мошенничества, непрерывное сопоставление заявок и управление рисками.
Ожидается, что компании продолжат совместные разработки, чтобы продемонстрировать преимущества применения гибридных компьютеров. Rigetti также рассчитывает увеличить свои квантовые компьютеры с нынешней 80-кубитной системы Aspen-9 до 1000 кубитов в 2024 году и до 4000 кубитов в 2026 году.
Сотрудничество объединит квантовые компьютеры Rigetti и данные Nasdaq, крупнейшей американской биржи, специализирующейся на акциях высокотехнологичных компаний. Использоваться будет облачный сервис Rigetti Quantum Cloud Services с 80-кубитным квантовым процессором.
Партнеры планируют исследовать возможность применения квантового компьютера к таким задачам как обнаружение мошенничества, непрерывное сопоставление заявок и управление рисками.
Ожидается, что компании продолжат совместные разработки, чтобы продемонстрировать преимущества применения гибридных компьютеров. Rigetti также рассчитывает увеличить свои квантовые компьютеры с нынешней 80-кубитной системы Aspen-9 до 1000 кубитов в 2024 году и до 4000 кубитов в 2026 году.
Что общего у ящерицы, гравюры и физики?
Ответ прост и удивителен: художественное творчество!
При помощи модели Изинга, о который мы рассказывали ранее, ученые создали с нуля картины. Как тебе такое, глазчатая ящерица?
В новом исследовании профессор из университета Айовы Яник Мерис показал, что узор магнитных спинов, генерируемый с помощью модели Изинга, похож на акватинту, особую технику гравюры. Текстуры напомнили автору статьи также работы Франсиско Гойи и Дюрера, и он тоже захотел «порисовать». Интересно, что природа, человек и машина создают похожие узоры.
Так, профессор визуализировал текстуру спинов (маленьких магнитов, расположенных вплотную друг к другу и направленных вверх или вниз, в зависимости от температуры), поставив в соответствие каждому спину пиксель на картинке. При этом цвет пикселя (черный или белый) соответствует направлению спина (вверх или вниз). Исследователь представил даже конкретный пример: на его картине изображён никто иной как Альберт Эйнштейн, в доме которого, кстати, какое-то время проживал и сам Изинг. Портреты поместили на первую обложку февральского журнала о физике.
Это не первое взаимодействие искусства и физики. В прошлом году мы рассказывали о цифровых картинах, созданных при помощи квантового компьютера. Эти примеры art&science показывают, как искусство может вдохновлять науку, а наука обогащать искусство.
Ответ прост и удивителен: художественное творчество!
При помощи модели Изинга, о который мы рассказывали ранее, ученые создали с нуля картины. Как тебе такое, глазчатая ящерица?
В новом исследовании профессор из университета Айовы Яник Мерис показал, что узор магнитных спинов, генерируемый с помощью модели Изинга, похож на акватинту, особую технику гравюры. Текстуры напомнили автору статьи также работы Франсиско Гойи и Дюрера, и он тоже захотел «порисовать». Интересно, что природа, человек и машина создают похожие узоры.
Так, профессор визуализировал текстуру спинов (маленьких магнитов, расположенных вплотную друг к другу и направленных вверх или вниз, в зависимости от температуры), поставив в соответствие каждому спину пиксель на картинке. При этом цвет пикселя (черный или белый) соответствует направлению спина (вверх или вниз). Исследователь представил даже конкретный пример: на его картине изображён никто иной как Альберт Эйнштейн, в доме которого, кстати, какое-то время проживал и сам Изинг. Портреты поместили на первую обложку февральского журнала о физике.
Это не первое взаимодействие искусства и физики. В прошлом году мы рассказывали о цифровых картинах, созданных при помощи квантового компьютера. Эти примеры art&science показывают, как искусство может вдохновлять науку, а наука обогащать искусство.