Vědci z národního superpočítačového centra IT4Innovations při VŠB – Technické univerzitě Ostrava zahájili tříletý výzkumný projekt, jehož cílem je vyvinout nový adaptivní systém kvantové korekce chyb pro řešení optimalizačních problémů. Projekt využívá posilované učení, jednu z nejmodernějších metod umělé inteligence, která umožní kvantovým počítačům samostatně navrhovat optimální kvantové korekční kódy přizpůsobené konkrétní úloze i aktuálním šumovým podmínkám. Výzkum, financovaný z programu Moravskoslezského kraje Vouchery pro univerzity, získal dotaci téměř 4,7 milionu korun.
Tříletý projekt s podporou Moravskoslezského kraje
„Optimalizační úlohy, jako je obchodní cestující, skládání proteinů nebo řízení finančního portfolia, jsou extrémně náročné na výpočetní výkon. Kvantové počítače nabízejí potenciál tyto úlohy řešit efektivněji – podmínkou je ale efektivní potlačení chyb a šumu, který v současných systémech brání praktickému nasazení,“ vysvětluje garant projektu Marek Lampart, vedoucí Laboratoře kvantových výpočtů IT4Innovations, a řešitel Ryszard Kukulski dodává:
„Využijeme posilované učení, které bude fungovat jako inteligentní agent – ten na základě zpětné vazby postupně vylepší korekční kódy přesně pro daný typ úlohy a architekturu kvantového počítače. To maximalizuje přesnost výpočtů a sníží nutnost opakování experimentů.“
Posilované učení jako cesta k přesnějším kvantovým výpočtům
Výzkum se zaměřuje na řešení optimalizačních úloh pomocí Isingova modelu, který tvoří matematický základ mnoha problémů v průmyslu i přírodních vědách. Tyto problémy lze řešit pomocí moderních kvantových algoritmů, především Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA). Kvůli šumu v kvantových systémech jsou však výsledky často zatíženy chybami.
Řešením je právě posilované učení, typ umělé inteligence, která se učí metodou pokus a omyl. Posilovací agent bude vytvářet topologické kvantové kódy, které minimalizují vliv šumu. Systém se přizpůsobí konkrétní architektuře kvantového počítače – například supravodivému kvantovému počítači VLQ konsorcia LUMI-Q, který je instalován v IT4Innovations. Přitom zohlední typ chyby i konektivitu qubitů a zvolí optimální korekční kód. Součástí řešení bude také pravděpodobnostní korekce chyb a využití osvědčených metod zmírňování chyb. Ty pomocí chytrých matematických postupů zpřesňují výsledky i v případě, že kvantový počítač stále dělá chyby – bez nutnosti složité opravy každé z nich.
Praktické nasazení kvantových výpočtů AI
Projekt „Kvantové korekční kódy chyb vylepšené posilovaným učením pro optimalizaci založenou na Isingově modelu“ bude realizován v letech 2025–2028 a přinese zásadní pokrok nejen ve výzkumu kvantových algoritmů, ale také výrazně přiblíží oblast kvantových výpočtů k praktickému nasazení. Díky tomu budou kvantové výpočty AI přesnější a spolehlivější, bez nutnosti častého opakování náročných experimentů.
Podpora talentovaných vědců ze zahraničí
„Vouchery pro univerzity v Moravskoslezském kraji mají podpořit špičkový výzkum a vědu. Pomáhají přilákat talentované postdoktorandy ze zahraničí a posílit výzkumné týmy na místních univerzitách. Vytváříme tak pracovní místa pro absolventy doktorských programů z ciziny nebo pro odborníky s titulem Ph.D., kteří mají bohaté zkušenosti ze světa. Moravskoslezský kraj má v Operačním programu Spravedlivá transformace na tyto vědce zhruba 93 milionů korun, o finance mohou zažádat všechny univerzity na území našeho regionu, a to až do začátku listopadu příštího roku,“ řekl hejtman Moravskoslezského kraje Josef Bělica.
Zdroj: TZ IT4Innovations
Ilustrační obrázek vytvořila umělá inteligence
