Zapata wprowadza Quantum Pilot, aby pomóc przedsiębiorstwom zidentyfikować wysokowartościowe aplikacje kwantowe

Obliczenia kwantowe od lat definiowane są przez kamienie milowe sprzętu: więcej kubitów, niższe wskaźniki błędów, dłuższe czasy koherencji oraz coraz bardziej zaawansowane podejścia do tolerancji błędów. Jednak dla przedsiębiorstw lepszy sprzęt stwarza kolejny problem. Nadal muszą określić, co faktycznie powinni z nim zrobić.

Zapata Quantum celuje w tę lukę dzięki Quantum Pilot, nowej platformie opartej na chmurze, niezależnej od sprzętu, zaprojektowanej, aby pomóc organizacjom systematycznie identyfikować, oceniać i rozwijać aplikacje obliczeń kwantowych o realistycznym potencjale komercyjnym.

Quantum Pilot wchodzi w fazę wczesnego dostępu z wybranymi klientami z sektora przedsiębiorstw i rządu. Zamiast wymagać od firm zobowiązania się do konkretnego komputera kwantowego lub architektury, platforma stara się stworzyć nieustannie rozwijającą się mapę drogową łączącą problemy biznesowe z algorytmami, wymaganiami sprzętowymi, wykonalnością techniczną oraz potencjalną wartością ekonomiczną.

Premiera opiera się na szerszej strategii skoncentrowanej na zastosowaniach w Zapata Quantum, założonej w 2017 roku przez naukowców z Harvardu i coraz bardziej pozycjonującej się wokół warstwy oprogramowania leżącej pomiędzy problemami przedsiębiorstw a szybko rozwijającym się sprzętem kwantowym. Firma podaje, że posiada ponad 60 wydanych i oczekujących na wydanie patentów oraz wcześniej współpracowała z organizacjami takimi jak BASF, BMW, BBVA, BP i Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA).

Przekształcanie gotowości kwantowej w problem aplikacyjny

Podstawową przesłanką Quantum Pilot jest to, że przedsiębiorstwa mogą zadawać niewłaściwe pytanie dotyczące obliczeń kwantowych.

Zamiast koncentrować się głównie na tym, kiedy dostępne będą wystarczająco potężne komputery kwantowe, organizacje muszą także zrozumieć, które obciążenia skorzystają z tych maszyn, które algorytmy mogą je rozwiązać, jakie zasoby będą potrzebne tym algorytmom oraz czy ostateczna przewaga uzasadni koszty rozwoju.

To jest znacznie bardziej skomplikowane niż jedynie śledzenie liczby kubitów.

Firma farmaceutyczna, na przykład, może mieć setki procesów intensywnie obliczeniowych obejmujących symulację molekularną, projektowanie leków, optymalizację i uczenie maszynowe. Tylko niektóre z nich mogą być realnymi kandydatami do przyspieszenia kwantowego. Ci kandydaci muszą być następnie porównani z nieustannie udoskonalanymi klasycznymi metodami i dopasowani do sprzętu, który może jeszcze nie istnieć w wymaganej skali.

Quantum Pilot został zaprojektowany, aby przekształcić to badanie w powtarzalny proces.

„Kluczowym wjazdem do rozwoju aplikacji kwantowych jest efektywne i rygorystyczne mapowanie przypadków użycia na rozwiązania obliczeniowe kwantowe” – powiedział CEO Zapata Sumit Kapur.

Idea polega na zapobieganiu, by strategia kwantowa nie stała się zbiorem odłączonych eksperymentów. Wiedza zdobyta z jednej oceny może zamiast tego zasilać kolejne projekty w miarę postępu algorytmów i sprzętu.

Jak działa Quantum Pilot

Quantum Pilot łączy trzy systemy, które obejmują różne części procesu tworzenia aplikacji.

Pierwszy to Quantum Graph, własna warstwa wiedzy łącząca potencjalne zastosowania z algorytmami, badaniami akademickimi i mapami drogowymi sprzętu kwantowego. Zapata wcześniej opisywała Quantum Graph jako ustrukturyzowaną bazę wiedzy pokazującą, jak problemy, algorytmy i zasoby sprzętowe odnoszą się do siebie.

Drugim elementem jest Quantum Engine, który zajmuje się większą częścią prac obliczeniowych. Zawiera narzędzia i agenty AI do wyboru algorytmów, projektowania eksperymentów, benchmarkingu sprzętu oraz szacowania zasobów kwantowych.

Szacowanie zasobów jest szczególnie ważne, ponieważ algorytm, który wydaje się obiecujący pod względem matematycznym, może wymagać nierealistycznej liczby fizycznych kubitów lub niepraktycznego czasu działania, gdy uwzględni się korekcję błędów i ograniczenia sprzętowe.

Trzecim elementem jest Quantum Assurance, który łączy przegląd ekspertów z technikami formalnej weryfikacji, mającymi na celu dostarczenie silniejszych dowodów na to, że oprogramowanie kwantowe zachowuje się zgodnie z oczekiwaniami.

Razem trzy warstwy mają odpowiadać na szereg pytań: Czy ten problem biznesowy jest odpowiedni dla obliczeń kwantowych? Który algorytm powinien go rozwiązać? Co będzie potrzebne do jego realizacji? Czy proponowana implementacja jest poprawna? I kiedy ekonomia uzasadni rzeczywiste wdrożenie?

Quantum Pilot jest również częścią szerszego stosu oprogramowania Orquestra firmy Zapata, który obejmuje ocenę przypadków użycia, szacowanie zasobów, algorytmy, hybrydowe przepływy pracy kwantowo-klasyczne oraz dostęp do wielu środowisk sprzętowych.

Agentowa AI spotyka się z szacowaniem zasobów kwantowych

Sztuczna inteligencja również staje się częścią przepływu pracy rozwoju kwantowego.

Na początku tego roku Zapata rozpoczęła współpracę z NVIDIA nad systemem agentowej AI mającym na celu automatyzację szacowania zasobów kwantowych, zadania, które może wymagać wiedzy z zakresu modelowania molekularnego, algorytmów kwantowych, architektur sprzętowych i korekcji błędów.

Współpraca Zapata-NVIDIA początkowo koncentrowała się na zastosowaniach chemii kwantowej, takich jak odkrywanie leków, energetyka i materiały zaawansowane. Firmy opracowują zorganizowane agenty AI, zdolne do wykonywania części procesu benchmarkingu i szacowania, które tradycyjnie wymagałyby znacznych badań ręcznych.

Według Zapaty, przepływ pracy łączy orkiestrację AI, ciągle weryfikowane kwantowe procesy oraz model wykonalności, który próbuje przewidzieć wymagania sprzętowe przed rozpoczęciem obliczeń. Toolkit Agenta NVIDIA jest wykorzystywany do monitorowania i zabezpieczeń w architekturze wieloagentowej.

Te możliwości są teraz włączane do szerszego środowiska Quantum Pilot.

Jest to interesujące zastosowanie AI agentowej, ponieważ agenci nie są przedstawiani jako zamienniki dla samych komputerów kwantowych. Zamiast tego są wykorzystywani do automatyzacji części prac naukowych niezbędnych do określenia, czy komputer kwantowy mógłby rozwiązać dany problem w sposób ekonomiczny.

Formalna weryfikacja może stać się coraz ważniejsza

Kolejnym wyróżnikiem jest nacisk Zapaty na formalną weryfikację.

W tradycyjnym rozwoju oprogramowania testowanie zazwyczaj sprawdza, czy program generuje oczekiwane wyniki w różnych warunkach. Formalna weryfikacja idzie dalej, wykorzystując metody matematyczne do potwierdzenia, że oprogramowanie spełnia określone własności.

Oprogramowanie kwantowe stanowi trudne środowisko dla tradycyjnej walidacji, ponieważ coraz bardziej złożone algorytmy muszą ostatecznie zostać przetłumaczone na obwody kwantowe i uruchomione na systemach, w których szumy, korekcja błędów i ograniczenia sprzętowe mogą znacząco wpływać na wyniki.

Zapata współpracuje z Uniwersytetem Maryland nad podejściem stawiającym weryfikację na pierwszym miejscu, które rozpoczyna się od matematycznych dowodów poprawności, zamiast najpierw budować oprogramowanie i dopiero potem je weryfikować.

Badania są początkowo stosowane do algorytmu faktoryzacji Shora, ale firma uważa, że podobne metodologie mogą ostatecznie rozciągnąć się na chemię kwantową, naukę o materiałach, optymalizację i finanse.

Quantum Assurance wprowadza tę filozofię do Quantum Pilot.

Nie eliminuje to niepewności otaczającej komputery kwantowe. Formalna weryfikacja może pomóc ustalić, czy algorytm lub implementacja jest poprawna, ale nie może uczynić niedojrzałego sprzętu komercyjnie opłacalnym. To, co może potencjalnie zrobić, to zmniejszyć kolejne źródło niepewności, gdy aplikacje kwantowe stają się coraz bardziej skomplikowane.

Projekty w rzeczywistym świecie pokazują, dlaczego wybór aplikacji ma znaczenie

Poprzednie projekty Zapaty dla przedsiębiorstw ilustrują, dlaczego systematyczne odrzucanie nieodpowiednich przypadków użycia może być prawie tak samo cenne, jak znajdowanie obiecujących.

W pracy z BP, dotyczącej wariacyjnego kwantowego rozwiązania własnego (VQE), Zapata badała, czy komputery kwantowe mogą w końcu przyspieszyć symulacje molekularne. Analiza wykazała możliwości zmniejszenia wymagań obliczeniowych, ale jednocześnie stwierdziła, że wdrożenia na skalę przedsiębiorstwa pozostają odległe o kilka lat.

Jej praca z BBVA podobnie analizowała kwantowe podejścia do kosztownych symulacji Monte Carlo używanych w obliczeniach ryzyka finansowego. Projekt zidentyfikował potencjalne przewagi algorytmiczne, jednocześnie stwierdzając, że aplikacja nie jest wykonalna na najbliższych kwantowych urządzeniach.

Inne projekty przyniosły bardziej natychmiastowe korzyści dzięki podejściom inspirowanym kwantowo. W projekcie produkcyjnym w przemyśle motoryzacyjnym z BMW i Centrum Inżynierii Kwantowej MIT, Zapata zastosowała generatywne modele sieci tensorowych do harmonogramowania produkcji, badając, czy metody inspirowane komputerami kwantowymi mogą usprawnić duże problemy optymalizacyjne przy użyciu klasycznej infrastruktury.

Ta mieszanka pozytywnych i negatywnych wyników podkreśla ważny aspekt rozwoju aplikacji kwantowych: przedsiębiorstwa potrzebują mechanizmów określających nie tylko, gdzie komputer kwantowy może działać, ale także gdzie inwestycje powinny być odłożone w czasie.

Budowanie na powrocie Zapaty do oprogramowania kwantowego

Quantum Pilot stanowi również najnowszy etap odnowionego skupienia Zapaty na oprogramowaniu kwantowym.

Firma przeszła gruntowną restrukturyzację, zanim ponownie skierowała uwagę na swoje pierwotne korzenie w komputerach kwantowych. W kwietniu Zapata pozyskała ponadsubskrybową rundę strategicznego finansowania w wysokości 15 milionów USD, aby rozbudować zespoły naukowe, inżynieryjne, produktowe i handlowe, co zostało wcześniej opisane przez Unite.AI.

Jej portfolio technologiczne obejmuje teraz Orquestra, Quantum Graph, Quantum Pilot oraz Bench‑Q, zestaw narzędzi wywodzący się z pracy w ramach programu DARPA Quantum Benchmarking. Zapata uczestniczyła w różnych obszarach technicznych programu, obejmujących identyfikację przypadków użycia, rozwój algorytmów i szacowanie zasobów sprzętowych.

Firma wykazała również podejścia kwantowo‑klasyczne poza czystym benchmarkowaniem. Jej badania z partnerami akademickimi i biotechnologicznymi wykorzystały kwantowo‑klasyczny model generatywny do projektowania cząsteczek celujących w KRAS, przy czym 15 proponowanych cząsteczek zostało zsyntetyzowanych, a dwie zidentyfikowano jako obiecujące kandydaty do dalszych badań.

Wyścig kwantowy rozszerza się poza sprzęt

Wprowadzenie Quantum Pilot odzwierciedla szerszą zmianę w tym, gdzie konkurencja w dziedzinie komputerów kwantowych może ostatecznie się rozwijać.

Budowa odpornych na błędy komputerów kwantowych nadal pozostaje jednym z kluczowych wyzwań technicznych branży. Jednak coraz bardziej wydajne maszyny będą miały ograniczoną wartość komercyjną, jeśli przedsiębiorstwa nie będą posiadały gotowych aplikacji do ich uruchomienia.

Tworzy to równoległy wyścig w obszarze algorytmów, szacowania zasobów, środowisk programistycznych, benchmarkingu, weryfikacji oraz wiedzy instytucjonalnej.

Quantum Pilot to próba Zapaty, aby zgrupować te dyscypliny w system, z którego przedsiębiorstwa mogą korzystać, zanim zdecydują, który konkretny sprzęt kwantowy ostatecznie wykona ich obciążenia.

To podejście niezależne od sprzętu może stać się coraz bardziej istotne, jeśli różne architektury okażą się lepiej dopasowane do różnych klas problemów. Pozwala także firmom kontynuować ocenę aplikacji, gdy plany rozwoju sprzętu zmieniają się pod ich stopami.

Ważniejsze pytanie brzmi, czy organizacje mogą przekształcić lata eksperymentów kwantowych w zdolność instytucjonalną, a nie jedynie serię dowodów koncepcji.

Quantum Pilot nie usuwa niepewności co do tego, kiedy pojawi się komercyjnie znacząca przewaga kwantowa. Zamiast tego został zaprojektowany w oparciu o bardziej praktyczne założenie: przedsiębiorstwa, które chcą korzystać z przyszłych postępów sprzętowych, potrzebują zdyscyplinowanego sposobu określenia, co warto budować na długo przed gotowością sprzętu.