[014-1]量子計算與人工智慧融合:突破傳統技術瓶頸的未來之路🆓

更新於 發佈於 閱讀時間約 6 分鐘

隨著量子電腦與機器學習的融合持續發展,美英量子電腦公司Quantinuum(クオンティニュアム)在量子生成式AI(人工智慧)研究方面進行了創新的探索。2025年1月22日,該公司發表了一篇部落格文章,探討如何利用量子電腦重新構建機器學習模型。隨著生成式AI的發展,傳統計算成本不斷攀升已成為一大挑戰,而量子電腦因其潛在優勢被視為解決此問題的重要手段。透過發揮量子電腦的獨特特性,該技術能夠高效處理傳統電腦難以應對的計算任務,從根本上革新AI技術。


Quantinuum特別關注自然語言處理(NLP)領域的機器學習技術優化。他們並非僅僅將現有技術直接移植到量子電腦上,而是利用量子糾纏與量子干涉等特性,開發更高效的模型。例如,傳統NLP技術以實數向量表示單詞,而Quantinuum則為量子電腦引入了複數向量。這一概念源於量子力學的「希爾伯特空間」數學框架,能夠在更少的參數下達到與傳統模型相當的性能。


此外,量子電腦的應用有望大幅降低計算資源與能源消耗。目前的大型語言模型(LLM)運行成本高昂,並伴隨顯著的環境負荷,但量子電腦具有更強的可擴展性,能夠突破傳統系統的限制。例如,訓練GPT-3需要約1300兆瓦時的電力,而透過量子計算,將有機會在降低能耗的同時構建高性能模型。


Quantinuum的研究團隊專注於將現有的NLP技術(如單詞嵌入、遞歸神經網絡、Transformer)適應於量子環境。他們不只是簡單地複製現有技術,而是充分發揮量子特性,進行最佳化。例如,透過量子單詞嵌入技術,他們成功地將自然語言映射至量子電路與量子比特。此外,他們開發了量子遞歸神經網絡(RNN),並應用於電影評論的情感分析任務,僅使用4個量子比特便達到了與傳統RNN、GRU、LSTM相當的性能,顯示出顯著的計算資源節約潛力。


此外,Quantinuum開發了量子Transformer「Quixer」,並針對量子架構進行優化。這項技術使得模型能夠在發揮量子計算優勢的同時,仍保持與傳統Transformer相當的性能。這一成果標誌著量子機器學習模型首次在實際數據集上取得成功,證明了AI與量子電腦融合的可行性。


另一項技術創新是量子張量網絡的應用,這種方法能夠高效處理高維數據,並被視為一項關鍵突破。透過利用適合量子計算的樹狀結構張量網絡,研究人員成功在最少的量子比特條件下實現了高級計算能力。此外,最新研究顯示,在隨機電路取樣任務中,量子電腦的能源效率比最先進的超級電腦「Frontier」高出3萬倍。


在這一系列技術創新推動下,Quantinuum宣布與日本軟銀展開合作研究,主要聚焦於兩大領域:(1) 量子數據中心的市場調查與商業模式開發,(2) 量子技術的應用案例驗證與實機測試。量子數據中心計畫結合CPU、GPU與QPU(量子處理單元),以實現高效能計算並評估其商業可行性。此外,量子技術的應用範疇包括全光網路中的光開關材料開發,以及網路異常與不法行為檢測。


然而,量子電腦的實用化仍面臨諸多挑戰,包括(1) 建立可行的商業模式、(2) 確立具體的應用案例、(3) 推動硬體與軟體技術進步。特別是硬體性能的提升與誤差校正技術的發展至關重要,因此軟銀與Quantinuum將攜手共同應對這些課題。


Quantinuum執行長Raj Hazra表示:「與軟銀的合作將有助於提升AI的能力,並提供創新的解決方案來克服未解決的挑戰。」而軟銀的湧川隆次則表示:「透過與Quantinuum的合作,我們將努力解決量子電腦在日本市場落地的挑戰,並率先實現全球領先的應用。」


量子電腦與AI的融合被視為突破傳統計算技術極限的關鍵,並有望開創全新可能性。未來,Quantinuum與軟銀的研究成果預計將加速量子技術的實用化,並推動量子AI時代的到來。


[Reference]

1.https://www.nikkei.com/prime/tech-foresight/article/DGXZQOUC312Q50R30C25A1000000
2025年2月4日 5:00 編集者の視点「AIの問題を量子コンピューターが解決」
Editor's Focus NIKKEI Tech Foresight編集長 高野敦

2.https://www.quantinuum.com/blog/quantum-computers-will-make-ai-better
January 22, 2025
Today’s LLMs are often impressive by past standards – but they are far from perfect

3.https://www.softbank.jp/corp/news/press/sbkk/2025/20250129_01/
ソフトバンクとクオンティニュアム、量子コンピューティングの実用化に向けたパートナーシップを発表
2025年1月29日 ソフトバンク株式会社 Quantinuum


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Kaori的碗豆園
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人類發展的歷史上發生了什麼事,現在進行式,未來又會發生什麼事。
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