[レポート]AWSでの量子コンピューティングの紹介 #CMP213 #reinvent

本記事は、AWS re:Invent 2019 のセッション 「Introducing quantum computing with AWS」 のレポートです。
2019.12.05

本記事はAWS re:Invent 2019のセッション「Introducing quantum computing with」のレポートです。

概要

日本語訳

量子コンピューティングには、古典的なコンピューターの範囲を超えた計算上の問題を解決する可能性があります。 Amazon BraketとAmazon Quantum Solutions Labは、お客様が量子コンピューティングを探索し、その可能性を評価し、専門知識を開発するのを支援します。 Amazon Braketは、量子コンピューティングリソースへのアクセスを顧客に提供するマネージドサービスであり、量子コンピューティングアプリケーションの構築、シミュレーション、およびテストを容易にします。クアンタムソリューションラボは、教育とコラボレーションのためにクオンタムエキスパートとお客様を結び付けます。このセッションでは、量子コンピューティングの可能性と、Amazon BraketサービスとQuantum Solutions Labを開始する方法について学びます。

原文

Quantum computing has the potential to solve computational problems that are beyond the reach of classical computers. Amazon Braket and the Amazon Quantum Solutions Lab help customers explore quantum computing, evaluate its potential, and develop expertise. Amazon Braket is a managed service that provides customers access to quantum computing resources and makes it easy to build, simulate, and test quantum computing applications. The Quantum Solutions Lab connects customers with quantum experts for education and collaboration. In this session, learn about the potential of quantum computing and how you can get started with the Amazon Braket service and the Quantum Solutions Lab.

スピーカー

  • Fernando Brandao - Amazon Scholar
  • Eric Kessler - Head of Business Development, Quantum Computing, Amazon Web Services

Agenda

  • 量子コンピューティング
  • Where are we today?
  • Amanzon 量子テクノロジー紹介

レポート

Fernando Brandaoによるセッションです。

量子コンピューティング

  • 微視的世界の複雑な物理法則を探索して、斬新で改善された方法で計算を実行
  • コンピューティングにおけるニューパラダイムの可能性
  • パフォーマンスは10倍ではなく、10^
  • スケールで量子ハードウェアを構築するための難しい科学的および工学的課題
  • "Noisy Intermediate-Scal Quantum" (NISQ) 時代に入ったばかり
  • 最終目標からは遠いが初期の探査に有望

前世紀量子テクノロジー

  • 量子力学は多くの技術的進歩の鍵を握っている
    • NMR、レーザー、トランジスタ

量子のシミュレーションは難しい

  • 量子システムのシミュレーション専用の大部分
  • コストはシステムのサイズとともに指数関数的に増加
  • 量子ビット間のエンタングルメント現象のため、n量子ビットのシステムをシミュレートするための〜2 ^ステップ

今世紀の量子技術

  • 量子コンピューティングは量子システムを使用します
    • ブール回路
    • 量子回路

ラボ内の量子コンピューター

  • 超伝導キュービット
  • トラップドイオン
  • リュードベリ原子
  • シリコンフォトニクス

アプリケーション量子コンピューティング

  • 暗号化
    • 2048 RSAを破る
    • ~ 6000 qubits
  • 物理学/化学
    • FeMocoのシミュレーション
    • ~ 200 qubits
  • 材料工学
    • 高温超伝導体のシミュレーション
    • ~ 70 qubits
  • 最適化
    • 検索、ランキング、学習
    • ~ 100 qubits

暗号化

  • 多数のファクタリングの難易度に基づくRSAのセキュリティ
  • ファクタリング
    • 15 = 15 X 3
    • 509284477619 = 217421 X 234239
  • n桁の数に最適なアルゴリズム
  • 2048桁の数字を数えるために〜兆年かかる

  • n桁の数を因数分解するためのShorの量子アルゴリズム:72n3

  • 2048桁の数字を数分にするには、数分
  • この脅威に対処するために開発されているポスト量子暗号

物理学/化学

  • 窒素からアンモニア肥料を生産するハーバーボッシュ法
  • ニトロゲナーゼは自然にそれを行います。しかし、HPCでは手の届かないところにあります
  • 量子コンピューティングはFeMocoをシミュレートできます

量子誤差補正

  • エラー率:ゲート実行中のエラーの確率
    • Bit flip: 0 ->1, 1 ->0
    • Qubit bit flip: α|0> + β|1> -> α|1> + β|0>
    • Qubit phase flip: α|0> + β|1> -> α|0> + β|1>
  • エラー修正:冗長エンコードにより情報を保護
    • Repetition code for a bit: 0 -> 00000 1 -> 11111

量子超越性(Quantum Supremacy)

  • 現在の量子ハードウェアは、従来のものよりも優れていますか?
  • 類推:サバン(savant) 対 ポケット電卓の競争
  • 問題:大きい数を掛ける
    • 人間の脳に対する電卓のSupremacy
  • 問題:「ランダム回路」からの出力からのサンプリング
    • Googleの53キュビット「シカモア」/量子ポケット電卓:3分
    • スーパーコンピュータークラシックコンピューティング「サバント」3日間 - 10,000年

NISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum Computer)

  • 最適化と量子シミュレーションのためのハイブリッド古典量子法。しかし、もっと早く実行できます!
  • より良いハードウェア->より豊富なクラスの回路
  • <5 qubits
    • 適用できません
  • >100k qubits
    • 証明可能なアプリケーション
  • 中間の最初のアプリケーション
  • さあ、始めましょう

Amazon 量子テクノロジー

Eric Kesslerによるセッションです。

量子計算:なぜ今?

  • 長期的な変革の可能性
  • 量子コンピューターが超越性に入る
  • 専門知識を学び、構築する
  • 新しいアルゴリズムとIPを開発する

Introducing Amazon Braket

Amazon Braketは量子コンピューティングをすべての開発者と科学者の手に委ねる

  • デザイン:管理された開発環境
  • テスト:高性能回路シミュレータ
  • 実行:セキュアなハイブリッドワークロード、オンデマンド量子ハードウェア

デザイン - マネージドJupyter Lab環境

  • 完全に管理されたインフラストラクチャ
  • 事前に構築された環境
  • 学習リソース
  • アルゴリズムの構築とテスト

テスト - ホスト回路シミュレータ

  • サーバーレス実行
  • 最適化されたパフォーマンス
  • 個別の回路とハイブリッドジョブ

短期量子コンピューターはコプロセッサーとして使用されます

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実行 - ハイブリッド量子アルゴリズムのマネージド実行

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量子ソリューションラボの紹介

Amazon量子コンピューティングの専門家とAWSの顧客をつなぐ共同研究プログラム

  • コラボレーション
  • 教育
  • 解決策

量子コンピューティングセンターの紹介

  • 短期間のアプリケーション
  • エラー修正およびプログラミングモデル
  • 量子ハードウェアとテクノロジー

次は何?

  • スプリントではなく、マラソン
  • プレビュー中のAmazon Braket
  • AWSを使用したビジネスでの量子計算の可能性を調査する戦略

さいごに

馴染みのない言葉が多く、正直わからないところが多くありました..案件等でAmazon Braketに触れるような機会はあまり考えられませんが、手軽に量子コンピュータのシミュレーションを行えたりするそうなので、折をみて振れられればと。 以下、Amazon Braketの速報記事です。

[速報] Amazonの量子コンピュータのサービス「Amazon Braket」が発表されました #reinvent