Atos представил Q-score, кроссплатформенный бенчмарк для квантовых компьютеров

Франция, Париж, 16 февраля 2021 - Atos представляет Q-score, первую универсальную квантовую метрику, применимую ко всем программируемым квантовым процессорам. Q-score измеряет эффективность квантовой системы при решении реальных задач, которые не могут быть решены традиционными компьютерами, а не просто измеряет ее теоретическую производительность. За последние пять лет Atos стал новатором в области квантовых технологий, благодаря своему участию в производственных, академических партнёрствах и финансируемых проектах, работая рука об руку с промышленными предприятиями для разработки сценариев использования, которые станет возможным ускорить за счет квантовых вычислений.

«Столкнувшись с появлением множества процессорных технологий и подходов к программированию, организациям, желающим инвестировать в квантовые вычисления, нужны надежные показатели, которые помогут им выбрать наиболее эффективный путь. Поскольку Q-score не зависит от оборудования, он является объективным, простым и справедливым показателем, на который можно положиться, - сказал Эли Жирар, генеральный директор Atos. - С момента запуска Atos Quantum в 2016 году, первой отраслевой программы квантовых вычислений в Европе, наша цель оставалась неизменной: продвигать развитие промышленности и исследовательских приложений, а также проложить путь к квантовому превосходству».

Что измеряет Q-Score?

Сегодня количество кубитов (квантовых единиц) является наиболее распространенным показателем качества для оценки производительности квантовой системы. Однако, кубиты изменчивы и сильно различаются по качеству (скорость, стабильность, возможность подключения и т. д.) от одной квантовой технологии к другой (например, сверхпроводимость, захваченные ионы, кремний и фотоника), что делает их несовершенным инструментом для тестирования. Сосредоточившись на способности решать хорошо известные задачи комбинаторной оптимизации, Atos Q-score предоставит исследовательским центрам, университетам, предприятиям и технологическим лидерам надежные, объективные и сопоставимые результаты при решении реальных задач оптимизации.

Q-score измеряет фактическую производительность квантовых процессоров при решении задачи оптимизации, характерной для наступающей эпохи квантовых вычислений промежуточного масштабирования (NISQ - Noisy Intermediate Scale Quantum). Чтобы обеспечить систему отсчета для сравнения показателей производительности и поддержания единообразия, Q-score опирается на стандартную задачу комбинаторной оптимизации, одинаковую для всех оценок (задача Max-Cut, аналогичная известной TSP - Задача коммивояжера, см. ниже). Оценка расчитывается на основе максимального количества переменных в рамках такой задачи, которую может оптимизировать квантовая технология (например, 23 переменных = 23 Q-score или Qs).

Atos планирует публикацию ежегодного списка самых мощных квантовых процессоров в мире на основе Q-score. Первый отчет, который будет представлен в 2021 году, будет включать фактические, самостоятельно полученные оценки, предоставленные производителями.

На основе пакета программного обеспечения открытого доступа, оценка строится на трех принципах:

  • Ориентация на приложения: Q-score - единственная метрическая система, основанная на краткосрочных доступных квантовых алгоритмах и измеряющая способность квантовой системы решать практические операционные задачи;
  • Открытость и простота использования: универсальный и находящийся в свободном доступе, Q-score выигрывает от технологически нейтрального подхода Atos. Его программный пакет, включающий инструменты и методологию, не требует больших вычислительных мощностей для расчета показателей;
  • Объективность и надежность: Atos сочетает в себе независимый от оборудования и технологий подход с сильным опытом в разработке и оптимизации алгоритмов, приобретенным в сотрудничестве с крупными отраслевыми клиентами и технологическими лидерами в квантовой сфере. Методология, используемая для построения Q-score, будет обнародована и открыта для оценки.

Бесплатный набор программного обеспечения, который позволяет запускать Q-score на любом процессоре, будет доступен в первом квартале 2021 года. Atos предлагает всем производителям запустить Q-score по своей технологии и опубликовать свои результаты.

Благодаря передовым возможностям кубитного моделирования Atos Quantum Learning Machine (Atos QLM) и его мощному квантовому симулятору, Atos может вычислять оценки Q-score для различных платформ. Эти оценки учитывают характеристики, публично предоставленные производителями. Результаты колеблются вокруг Q-балла 15 Qs, но прогресс идет быстро: в прошлом году предполагаемый средний Q-баллом, составлял порядка 10 Qs, а в 2022 году предполагаемый средний Q-баллом, будет выше 20 Qs.

Q-score был рассмотрен Консультативным советом Atos Quantum Advisory Board, группой международных экспертов, математиков и физиков, авторитетных в своих областях, которые встретились 4 декабря 2020 года.

 

 

Понимание использования Q-Score с помощью задачи коммивояжера (TSP)

Сегодня наиболее перспективным применением квантовых вычислений является решение больших задач комбинаторной оптимизации. К числу таких задач относятся знаменитая TSP и менее известная, но не менее важная Max-Cut.

Постановка задачи: путешественнику необходимо посетить N городов в круговом туре, при этом расстояния между всеми городами известны и каждый город нужно посетить только один раз. Каков самый короткий маршрут, чтобы он посетил каждый город ровно один раз и вернулся в исходный город?

Эта простая на вид задача становится довольно сложной, когда нужно дать окончательный, точный ответ с учетом растущего числа N переменных (городов).
Max-Cut - это более общая задача, имеющая широкий спектр применений, например, в оптимизации электронных плат или при размещении антенн 5G.

Q-score оценивает способность квантового процессора решать эти комбинаторные задачи.

 


 

Q-score, квантовая производительность и квантовое превосходство

В то время как самые мощные высокопроизводительные компьютеры (HPC) в мире, которые появятся в ближайшем будущем (так называемые «экзафлопсные»), достигнут эквивалентного показателя Q-score, близкого к 60, сегодня мы оцениваем, согласно общедоступным данным, что лучший квантовый процессор (QPU) дает Q-score около 15 Qs. Учитывая недавний прогресс, мы ожидаем, что в следующем году квантовая производительность достигнет показателя Q-score выше 20 Qs.

Q-score можно измерить для QPU с более чем 200 кубитами. Таким образом, он останется совершенным эталоном показателей для определения и измерения квантового превосходства, определяемого как способность квантовых технологий решать задачу оптимизации, которую классические технологии не могут решить в один и тот же момент времени.

По оценкам Atos, квантовое превосходство в контексте задач оптимизации должно быть достигнуто выше 60 Qs.

 

Стремление Atos к развитию отраслевых приложений квантовых вычислений

Atos координирует европейский проект NEASQC - NExt ApplicationS of Quantum Computing, один из самых амбициозных проектов, направленный на развитие квантовых приложений в ближайшем будущем и демонстрацию квантового превосходства. NEASQC объединяет ученых и производителей, мотивированных квантовым ускорением их бизнес-приложений. Эти приложения будут дополнительно поддерживаться выпуском в 2023 году первого ускорителя Atos NISQ, интегрирующего кубиты в архитектуру высокопроизводительных вычислений HPC.

Ниже приведены некоторые примеры приложений от промышленных партнеров NEASQC, которые можно ускорить за счет квантовых вычислений:

  • Улавливание углекислого газа с помощью Total: изучение улавливания CO2, чтобы дать исследователям информацию о взаимодействиях между молекулами для понимания, моделирования и оптимизации адсорбции (улавливания углерода);
  • Умная зарядка с EDF: оптимизация загрузки электромобилей на станциях быстрой зарядки, предотвращение очередей и экономия времени и денег для больших зарядных устройств;
  • Quantum Monte-Carlo с HSBC: разработка эффективных алгоритмов, которые могли бы либо заменить, либо пересмотреть методы Монте-Карло для квантовых компьютеров в ближайшей перспективе, что значительно повысит эффективность моделей ценообразования производных финансовых инструментов или управления рисками;
  • Quantum Rule-Based System с CESGA: создание квантовой системы на основе правил, которая решает конкретную задачу, имеющую огромное количество данных и правил, для диагностики и лечения определенного типа рака молочной железы, известного как инвазивная протоковая карцинома.

Чтобы узнать больше о NEASQC, а также о приведенных выше и других сценариях использования посетите https://neasqc.eu/

Боб Соренсен, старший вице-президент по исследованиям, главный аналитик по квантовым вычислениям в Hyperion Research, LLC, комментирует: «Используя свой широко признанный опыт в области суперкомпьютеров, Atos работает над тем, чтобы предоставить пользователям квантовых вычислений ощутимые вычислительные преимущества для различных приложений путем создания в своей программе исследований и разработок Atos Quantum с целью получения краткосрочных результатов с помощью гибридного квантового суперкомпьютерного подхода».

Больше информации о Q-score по ссылке: https://atos.net/en/solutions/q-score

***

О компании:

Atos – международный лидер в области цифровой трансформации с годовым оборотом 12 миллиардов евро и количеством сотрудников более 110 000 человек. Atos – номер один в Европе в области кибербезопасности, облачных технологий, высокопроизводительных вычислений. Компания предоставляет специализированные комплексные решения для всех отраслей в 73 странах мира.

Одним из приоритетных направлений компании Atos является производство серверов и суперкомпьютеров. Ключевые серверные решения, предлагаемые Atos в России, представлены масштабируемыми серверами BullSequana S и серверами для виртуализации и облачных сред BullSequana SA на платформе x86, серверами для периферийных вычислений BullSequana Edge, а также серверами Escala на платформе Power 9. Atos – технологический лидер серверного рынка и европейский поставщик №1 в рейтинге ТОП-500 суперкомпьютеров.

Цель Atos – создать цифровое будущее, которое представляет собой неотъемлемую часть прогресса. Широкая экспертиза Atos способствуют развитию знаний и образованности в области цифровизации, приближая наше общество к научно-техническому совершенству. Atos позволяет своим клиентам, сотрудникам, а также обществу в целом жить, работать и устойчиво развиваться в безопасном и надежном информационном пространстве.