El procesador D-Wave se puede programar si tiene un problema que es un problema de optimización binaria cuadrática sin restricciones (QUBO). Piensa en cuántas aplicaciones de programación cuadrática existen. Pasar de programas cuadráticos generales a QUBO solo requiere que represente su problema en términos de variables de decisión binarias y que represente cualquier restricción como términos de costo en su función objetivo.
Una colaboración entre D-Wave y Google ha demostrado que podemos hacer aprendizaje conjunto con la computación cuántica. Tienen un montón de clasificadores binarios y el problema es decidir qué clasificadores binarios lineales se utilizarán, y esta es la fase de entrenamiento del clasificador. D-Wave ha colaborado con muchos, muchos otros grupos también. Lockheed-Martin ha estado trabajando muy de cerca con D-Wave para verificar el software para probar su software de aviónica. Un grupo de bioquímicos en Harvard ha demostrado una formulación rudimentaria de plegamiento de proteínas. El lado de la NASA del nuevo laboratorio de inteligencia artificial cuántica Google-NASA-USRA sacó un pequeño manuscrito de un libro de cocina hace un tiempo que mostró los siguientes problemas como QUBO (tomado de ¿Cómo se puede usar la computación cuántica en la exploración espacial?):
- Clasificación para detección de características planetarias (refuerzo cuántico para clasificación binaria)
- Detección de anomalías para sistemas espaciales (sistemas de monitoreo)
- Fusión de datos y coincidencia de imágenes (para teledetección)
- Planificación de la misión
- Diagnóstico (análisis de árbol de fallas)
- Exploración autónoma no tripulada (asignación de tareas multi-UAV)
- Clasificación de etiquetas múltiples
- Esquemas generales de agrupamiento para el reconocimiento de patrones
También he estado trabajando en este problema durante los últimos meses por algunos problemas de IA. Hasta ahora, tengo QUBO para la red neuronal de Hopfield (algo fácil ya que se deriva del modelo Ising), máquinas de vectores de soporte y agrupación de correlaciones. También mantengo una pequeña lista de cosas que también podrían resolverse con procesadores D-Wave y QUBO. El manuscrito de la NASA mostró cómo se pueden simular circuitos como QUBO. Las redes neuronales de avance se pueden ver como un tipo de circuito, por lo que es posible dar ese salto. Hay un algoritmo iterativo para resolver sistemas lineales llamado método de gradiente conjugado que es casi un QUBO. La criptografía basada en celosía se basa en la dureza de encontrar lo que se llama el “vector más corto” en una red, pero es posible formularlo en forma QUBO. Recientemente, algo me llamó la atención mientras leía mi libro de ML, y es posible encontrar parámetros de un modelo oculto de Markov formulándolo como QUBO. La reordenación de matrices / la coloración de gráficos también es una posibilidad bastante natural. También estoy trabajando en lo que se llama el “problema de colocación de tareas”, que es mapear un programa distribuido en los nodos de una supercomputadora para que la comunicación sea mínima. Es un problema muy importante en la informática de alto rendimiento. Geordie Rose, fundador de D-Wave, dirige un blog bastante activo en el que ha demostrado que también puede hacer una codificación escasa para el aprendizaje profundo con la máquina D-Wave. Recientemente fui a una charla sobre ingeniería de energía y redes inteligentes. Estaba un poco sobre mi cabeza, pero básicamente se redujo a un problema gráfico. Era un problema complicado, pero puede ser posible escribirlo en la forma adecuada.
- ¿Cómo definirías un proceso cuántico?
- ¿Cuáles son algunos ejemplos de cálculo con estados qBit?
- Dada la computadora de 1000 qubits de D-Wave, ¿por qué Google está tratando de alcanzar la supremacía cuántica usando una computadora de 50 qubits?
- Cómo trazar las funciones de onda del átomo de hidrógeno
- ¿Qué se requiere para simular una Tierra entera como el planeta y la vida en él?
Entonces hay muchas posibilidades. ¡Una cosa que es importante tener en cuenta es que todas estas ideas son solo en esta etapa! Puede encontrar un QUBO, pero eso no significa nada. Podría hacerlo de la manera más estúpida posible, o tal vez no sea posible resolver su problema bien como QUBO. La máquina D-Wave no es una computadora cuántica adiabática universal, pero incluso si tuviera un AQC general, es posible que su problema no tenga una buena complejidad de tiempo y / o espacio. La complejidad del espacio es muy importante debido a la disponibilidad limitada de qubits en este momento. No está claro qué tan bien se escalarán estos sistemas con miles o millones de qubits, y si es posible. Si alguna vez llegamos a ese punto, tampoco sabemos qué tan bien escalarán las instancias de problemas específicos.
