Αλγόριθμος AlphaZero Εφαρμοσμένος στην Κβαντική Υπολογιστική

Η κβαντική υπολογιστική έχει γίνει πιο επικεντρωμένη τα τελευταία χρόνια. Ερευνητές και εταιρείες σε όλο τον κόσμο εργάζονται συνεχώς για την ανάπτυξη этой τεχνολογίας, η οποία μπορεί να λύσει εξαιρετικά σύνθετα προβλήματα που είναι πολύ προηγμένα για τους κλασικούς υπολογιστές.

Μια τέτοια ομάδα που εργάζεται σε einen κβαντικό υπολογιστή βρίσκεται στο Πανεπιστήμιο του Ώρχους. Μια ερευνητική ομάδα υπό την ηγεσία του Καθηγητή Τζέικομπ Σέρσον χρησιμοποίησε τον αλγόριθμο AlphaZero για τον έλεγχο ενός κβαντικού συστήματος.

Οι κβαντικοί υπολογιστές χρησιμοποιούν την κβαντική μηχανική, η οποία είναι ένας κλάδος της φυσικής που επικεντρώνεται στα μικρότερα δομικά στοιχεία του σύμπαντος. Một από τις θεμελιώδεις κανόνες είναι ότι ένα σύστημα μπορεί να υπάρχει σε περισσότερες από μία καταστάσεις ταυτόχρονα.

Αυτοί οι κανόνες μεταφράζονται σε γλώσσα υπολογιστή και ένας κβαντικός υπολογιστής μπορεί να εκτελεί πολλαπλές υπολογιστικές ταυτόχρονα. Αυτό σημαίνει ότι ένας κβαντικός υπολογιστής μπορεί να εκτελεστεί πολύ πιο γρήγορα από τους κανονικούς υπολογιστές.

Η θεωρία των κβαντικών υπολογιστών έχει καθοριστεί, αλλά δεν έχει δημιουργηθεί ακόμη ένας πλήρως κβαντικός υπολογιστής.

Ο αλγόριθμος AlphaZero είναι ικανός να μάθει μόνος του χωρίς καμία παρέμβαση από τους ανθρώπους. Λόγω αυτού, ο αλγόριθμος ήταν σε θέση να νικήσει τόσο τους ανθρώπους όσο και τα σύνθετα προγράμματα υπολογιστή σε δύσκολα παιχνίδια όπως το Γκο, το Σόγκι και το Σκάκι. Ο AlphaZero ήταν σε θέση να το κάνει αυτό ανταγωνιζόμενος τον εαυτό του και βελτιώνοντας με τον καιρό.

Ο αλγόριθμος ήταν σε θέση να νικήσει το κορυφαίο πρόγραμμα σκακιού Stockfish μετά από μόλις τέσσερις ώρες παιχνιδιού εναντίον του εαυτού του. Μετά από αυτή την εντυπωσιακή εμφάνιση, ο Δανός γκραντμάστερ Πέτερ Χάινε Νίλσεν σύγκρινε τον AlphaZero με ένα ανώτερο εξωγήινο είδος.

Η ερευνητική ομάδα στο Πανεπιστήμιο του Ώρχους έχει χρησιμοποιήσει υπολογιστικές.simulations για να δείξει πώς ο αλγόριθμος AlphaZero μπορεί να εφαρμοστεί σε τρία διαφορετικά προβλήματα ελέγχου. Αυτά θα μπορούσαν πιθανώς να χρησιμοποιηθούν σε einen κβαντικό υπολογιστή.

«Ο αλγόριθμος AlphaZero χρησιμοποιεί ένα βαθύ νευρωνικό δίκτυο σε συνδυασμό με βαθιά προώθηση σε μια καθοδηγούμενη αναζήτηση δέντρου, η οποία επιτρέπει την προβλεπτική近似 του κβαντικού τοπίου παραμέτρων. Για να τονιστεί η μεταφορabilidad, εφαρμόζουμε και αξιολογούμε τον αλγόριθμο σε τρεις κατηγορίες προβλημάτων ελέγχου χρησιμοποιώντας μόνο ένα seul σύνολο αλγοριθμικών υπερπαραμέτρων», σύμφωνα με τη μελέτη.

Η έρευνα που πραγματοποιήθηκε από την ομάδα δημοσιεύθηκε στο Nature Quantum Information.

Ο επικεφαλής φοιτητής Mogens Dalgaard μίλησε για το πώς η ομάδα ήταν εντυπωσιασμένη από την ικανότητα του AlphaZero να διδάξει τον εαυτό του γρήγορα.

«Όταν αναλύσαμε τα δεδομένα από τον AlphaZero, είδαμε ότι ο αλγόριθμος είχε μάθει να εκμεταλλεύεται μια υποκείμενη συμμετρία του προβλήματος που δεν είχαμε αρχικά λάβει υπόψη μας. Αυτή ήταν μια αξιοθαύμαστη εμπειρία».

Η πραγματική đột phá ήρθε από την συνδυασμένη χρήση του AlphaZero, ο οποίος είναι ένας εξαιρετικά εντυπωσιακός αλγόριθμος από μόνος του, με einen ειδικό αλγόριθμο κβαντικής βελτιστοποίησης.

Σύμφωνα με τον Καθηγητή Τζέικομπ Σέρσον, «Αυτό δείχνει ότι ακόμη χρειαζόμαστε ανθρώπινη δεξιοτητα και εμπειρία, και ότι ο στόχος του μέλλοντος πρέπει να είναι να κατανοήσουμε και να αναπτύξουμε υβριδικές διεπαφές νοημοσύνης που θα εκμεταλλεύονται τα πλεονεκτήματα και των δύο».

Η ομάδα θέλει να επιταχύνει το ρυθμό της ανάπτυξης στον τομέα, οπότε δημοσίευσαν τον κώδικα και τον έκαναν ανοιχτά διαθέσιμο. Η κίνηση αυτή προκάλεσε μεγάλο ενδιαφέρον.

«Μέσα σε λίγες ώρες ήμουν σε επαφή με μεγάλες τεχνολογικές εταιρείες με κβαντικά εργαστήρια και διεθνείς ηγετικές πανεπιστημιούπολεις για να καθορίσουμε μελλοντική συνεργασία» είπε ο Τζέικομπ Σέρσον. «Έτσι, είναι πιθανό ότι αυτές οι μεθόδους θα βρουν χρήση σε πρακτικά πειράματα σε όλο τον κόσμο».

Η DeepMind είναι μια βρετανική εταιρεία που ανήκει στη Google (GOOGL ) και είναι υπεύθυνη τόσο για τον AlphaZero όσο και για τον AlphaGo. Αυτά τα συστήματα δείχνουν τώρα την σημασία τους σε άλλους τομείς, συμπεριλαμβανομένης της κβαντικής υπολογιστικής.