Zapata ra mắt Quantum Pilot để giúp các doanh nghiệp xác định các ứng dụng lượng tử có giá trị cao

tính toán lượng tử đã trải qua nhiều năm được định nghĩa bởi các cột mốc phần cứng: nhiều qubit hơn, tỷ lệ lỗi thấp hơn, thời gian duy trì trạng thái lâu hơn và các phương pháp ngày càng tinh vi để chịu lỗi. Tuy nhiên, đối với các doanh nghiệp, phần cứng tốt hơn lại tạo ra một vấn đề khác. Họ vẫn cần xác định họ thực sự nên làm gì với nó.

Zapata Quantum đang nhắm vào khoảng trống đó bằng Quantum Pilot, một nền tảng mới dựa trên đám mây, không phụ thuộc vào phần cứng, được thiết kế để giúp các tổ chức một cách có hệ thống xác định, đánh giá và phát triển các ứng dụng tính toán lượng tử với tiềm năng thương mại thực tế.

Quantum Pilot đang bước vào giai đoạn truy cập sớm với một số khách hàng doanh nghiệp và chính phủ được chọn. Thay vì yêu cầu các công ty cam kết với một máy tính lượng tử hoặc kiến trúc cụ thể, nền tảng này cố gắng xây dựng một lộ trình liên tục phát triển, kết nối các vấn đề kinh doanh với thuật toán, yêu cầu phần cứng, tính khả thi kỹ thuật và giá trị kinh tế tiềm năng.

Sự ra mắt dựa trên chiến lược tập trung vào ứng dụng rộng hơn tại Zapata Quantum, công ty được thành lập vào năm 2017 bởi các nhà khoa học từ Harvard và ngày càng định vị mình quanh lớp phần mềm nằm giữa các vấn đề doanh nghiệp và phần cứng lượng tử đang phát triển nhanh chóng. Công ty cho biết hiện đã có hơn 60 bằng sáng chế đã cấp và đang chờ cấp, và trước đây đã hợp tác với các tổ chức bao gồm BASF, BMW, BBVA, BP và Cơ quan Nghiên cứu Dự án Tiên tiến Quốc phòng (DARPA).

Biến sẵn sàng lượng tử thành một vấn đề ứng dụng

Tiên đề cơ bản của Quantum Pilot là các doanh nghiệp có thể đang đặt câu hỏi sai về tính toán lượng tử.

Thay vì tập trung chủ yếu vào thời điểm các máy tính lượng tử đủ mạnh sẽ sẵn sàng, các tổ chức cũng cần hiểu những khối lượng công việc nào sẽ hưởng lợi từ những máy đó, những thuật toán nào có thể giải quyết chúng, những tài nguyên nào các thuật toán đó sẽ yêu cầu, và liệu lợi thế cuối cùng có đủ để biện minh cho chi phí phát triển hay không.

Điều đó phức tạp hơn đáng kể so với việc chỉ theo dõi số lượng qubit.

Ví dụ, một công ty dược phẩm có thể có hàng trăm quy trình tính toán nặng bao gồm mô phỏng phân tử, thiết kế thuốc, tối ưu hoá và học máy. Chỉ một phần nhỏ trong số đó có thể là các ứng cử viên khả thi cho việc tăng tốc lượng tử. Những ứng cử viên này sau đó cần được so sánh với các phương pháp cổ điển đang liên tục cải tiến và được lập bản đồ so với phần cứng có thể chưa tồn tại ở quy mô yêu cầu.

Quantum Pilot được thiết kế để biến cuộc điều tra đó thành một quy trình có thể lặp lại.

“Cầu vào quan trọng cho việc phát triển ứng dụng lượng tử là việc lập bản đồ hiệu quả và chặt chẽ các trường hợp sử dụng sang các giải pháp tính toán lượng tử,” CEO của Zapata Sumit Kapur nói.

Ý tưởng là ngăn chiến lược lượng tử trở thành một tập hợp các thí nghiệm rời rạc. Kiến thức thu được từ một đánh giá có thể được chuyển sang các dự án tiếp theo khi các thuật toán và phần cứng được cải thiện.

Cách Quantum Pilot Hoạt Động

Quantum Pilot tập hợp ba hệ thống bao phủ các phần khác nhau của quy trình phát triển ứng dụng.

Đầu tiên là Quantum Graph, một lớp tri thức độc quyền kết nối các ứng dụng tiềm năng với thuật toán, nghiên cứu học thuật và lộ trình phần cứng lượng tử. Zapata trước đây đã mô tả Quantum Graph là một cơ sở tri thức có cấu trúc, cho thấy cách các vấn đề, thuật toán và tài nguyên phần cứng liên quan với nhau.

Thành phần thứ hai, Quantum Engine, chịu trách nhiệm nhiều công việc tính toán hơn. Nó bao gồm các công cụ và tác nhân AI cho việc lựa chọn thuật toán, thiết kế thí nghiệm, đánh giá phần cứng và ước lượng tài nguyên lượng tử.

Ước lượng tài nguyên đặc biệt quan trọng vì một thuật toán có vẻ hấp dẫn về mặt toán học có thể yêu cầu một số lượng qubit vật lý không thực tế hoặc thời gian chạy không khả thi khi tính đến việc sửa lỗi và các giới hạn phần cứng.

Thành phần thứ ba là Quantum Assurance, kết hợp đánh giá của chuyên gia với các kỹ thuật xác minh hình thức nhằm cung cấp bằng chứng mạnh mẽ hơn rằng phần mềm lượng tử đang hoạt động như mong đợi.

Cùng nhau, ba lớp này nhằm trả lời một loạt các câu hỏi: Vấn đề kinh doanh này có phù hợp với tính toán lượng tử không? Thuật toán nào nên giải quyết nó? Cần gì để thực hiện? Việc triển khai đề xuất có đúng không? Và khi nào kinh tế có thể biện minh cho việc triển khai thực tế?

Quantum Pilot cũng nằm trong bộ phần mềm Orquestra rộng hơn của Zapata, bao gồm đánh giá trường hợp sử dụng, ước lượng tài nguyên, thuật toán, quy trình làm việc lai lượng tử – cổ điển và truy cập vào nhiều môi trường phần cứng.

AI Tự Động Gặp Gỡ Ước Lượng Tài Nguyên Lượng Tử

Trí tuệ nhân tạo cũng đang trở thành một phần của quy trình phát triển lượng tử.

Đầu năm nay, Zapata bắt đầu hợp tác với NVIDIA trên một hệ thống AI tự động nhằm tự động hoá ước lượng tài nguyên lượng tử, một nhiệm vụ có thể đòi hỏi chuyên môn trong mô hình hoá phân tử, thuật toán lượng tử, kiến trúc phần cứng và sửa lỗi.

Sự hợp tác sự hợp tác giữa Zapata và NVIDIA ban đầu tập trung vào các ứng dụng hoá học lượng tử như khám phá thuốc, năng lượng và vật liệu tiên tiến. Các công ty đang phát triển các tác nhân AI được điều phối có khả năng thực hiện một phần quá trình đo chuẩn và ước tính, vốn thường đòi hỏi nghiên cứu thủ công đáng kể.

Theo Zapata, quy trình làm việc kết hợp việc điều phối AI, các quy trình lượng tử được kiểm chứng liên tục và mô hình khả thi nhằm dự đoán yêu cầu phần cứng trước khi tính toán bắt đầu. Bộ công cụ Agent Toolkit của NVIDIA đang được sử dụng để giám sát và đặt các rào chắn trong kiến trúc đa tác nhân.

Các khả năng đó hiện đang được tích hợp vào môi trường Quantum Pilot rộng hơn.

Đây là một ứng dụng thú vị của AI tác nhân vì các tác nhân không được đặt vị trí thay thế cho các máy tính lượng tử. Thay vào đó, chúng được sử dụng để tự động hoá một phần công việc khoa học cần thiết nhằm xác định liệu một máy tính lượng tử có thể giải quyết một vấn đề cụ thể một cách kinh tế hay không.

Xác minh hình thức có thể trở nên ngày càng quan trọng

Một yếu tố khác biệt nữa là sự nhấn mạnh của Zapata vào việc xác minh hình thức.

Trong phát triển phần mềm truyền thống, kiểm thử thường kiểm tra xem một chương trình có tạo ra kết quả mong đợi dưới các điều kiện khác nhau hay không. Xác minh hình thức đi xa hơn bằng cách sử dụng các phương pháp toán học để chứng minh phần mềm đáp ứng các thuộc tính đã định.

Phần mềm lượng tử tạo ra một môi trường khó khăn cho việc xác thực truyền thống vì các thuật toán ngày càng phức tạp cuối cùng phải được chuyển thành các mạch lượng tử và chạy trên các hệ thống mà nhiễu, sửa lỗi và các hạn chế phần cứng có thể ảnh hưởng đáng kể đến kết quả.

Zapata đang hợp tác với Đại học Maryland về cách tiếp cận ưu tiên xác minh mà bắt đầu bằng các chứng minh toán học về tính đúng đắn thay vì xây dựng phần mềm trước và sau đó mới xác thực.

Nghiên cứu ban đầu được áp dụng cho Shor’s factoring algorithm, nhưng công ty tin rằng các phương pháp tương tự có thể cuối cùng mở rộng sang hoá học lượng tử, khoa học vật liệu, tối ưu hoá và tài chính.

Quantum Assurance mang triết lý đó vào Quantum Pilot.

Điều này không loại bỏ sự không chắc chắn xoay quanh điện toán lượng tử. Xác minh hình thức có thể giúp xác định liệu một thuật toán hoặc triển khai có đúng không, nhưng không thể làm cho phần cứng chưa trưởng thành trở nên khả thi về mặt thương mại. Điều mà nó có thể làm là giảm một nguồn không chắc khác khi các ứng dụng lượng tử ngày càng phức tạp.

Các dự án thực tế cho thấy tại sao việc lựa chọn ứng dụng lại quan trọng

Các dự án doanh nghiệp trước đây của Zapata minh họa lý do tại sao việc loại bỏ có hệ thống các trường hợp sử dụng không phù hợp có thể gần như có giá trị bằng việc tìm ra những trường hợp tiềm năng.

Trong công việc với BP liên quan đến bộ giải eigenvalue lượng tử biến thể, Zapata đã khám phá liệu máy tính lượng tử có thể cuối cùng tăng tốc mô phỏng phân tử hay không. Phân tích của họ phát hiện các cơ hội giảm yêu cầu tính toán, nhưng cũng kết luận rằng việc triển khai ở quy mô doanh nghiệp còn cách xa nhiều năm.

Công việc của họ với BBVA cũng đã xem xét các phương pháp lượng tử cho các mô phỏng Monte Carlo tốn kém về tính toán được dùng trong tính toán rủi ro tài chính. Dự án xác định những lợi thế thuật toán tiềm năng nhưng đồng thời nhận thấy rằng ứng dụng này không khả thi trên các thiết bị lượng tử ngắn hạn.

Các dự án khác đã mang lại kết quả hữu ích hơn ngay lập tức thông qua các phương pháp lấy cảm hứng từ lượng tử. Trong một dự án sản xuất ô tô với BMW và Trung tâm Kỹ thuật Lượng tử của MIT, Zapata đã áp dụng các mô hình sinh mạng tensor‑network cho việc lập lịch sản xuất, khám phá liệu các phương pháp lấy cảm hứng từ điện toán lượng tử có thể cải thiện các bài toán tối ưu lớn bằng cơ sở hạ tầng cổ điển hay không.

Sự pha trộn giữa các kết quả tích cực và tiêu cực này nhấn mạnh một phần quan trọng của việc phát triển ứng dụng lượng tử: các doanh nghiệp cần cơ chế để xác định không chỉ nơi mà điện toán lượng tử có thể hoạt động, mà còn nơi nên hoãn đầu tư.

Xây dựng trên bước trở lại phần mềm lượng tử của Zapata

Quantum Pilot cũng đại diện cho giai đoạn mới nhất của sự tập trung lại vào phần mềm lượng tử của Zapata.

Công ty đã trải qua một cuộc tái cấu trúc lớn trước khi quay lại tập trung vào các gốc của điện toán lượng tử ban đầu. Vào tháng 4, Zapata đã huy động được vòng tài trợ chiến lược $15 triệu vượt mức đăng ký để mở rộng các đội ngũ khoa học, kỹ thuật, sản phẩm và thương mại, một diễn biến trước đây đã được Unite.AI đưa tin.

Bộ danh mục công nghệ hiện của họ bao gồm Orquestra, Quantum Graph, Quantum Pilot và Bench‑Q, một bộ công cụ xuất phát từ công việc trong chương trình Quantum Benchmarking của DARPA. Zapata đã tham gia vào các lĩnh vực kỹ thuật của chương trình, bao gồm xác định trường hợp sử dụng, phát triển thuật toán và ước tính tài nguyên phần cứng.

Công ty cũng đã chứng minh các phương pháp kết hợp lượng tử‑cổ điển ngoài việc chỉ đo chuẩn. Nghiên cứu của họ với các đối tác học thuật và công nghệ sinh học đã sử dụng mô hình sinh lượng tử‑cổ điển để thiết kế các phân tử ứng cử nhắm vào KRAS, với 15 phân tử đề xuất được tổng hợp và hai trong số chúng được xác định là các ứng cử tiềm năng cho nghiên cứu sâu hơn.

Cuộc đua Quantum đang mở rộng ra ngoài phần cứng

Việc giới thiệu Quantum Pilot phản ánh một sự chuyển dịch rộng hơn về vị trí mà cuộc cạnh tranh trong lĩnh vực tính toán quantum có thể cuối cùng sẽ phát triển.

Xây dựng phần cứng quantum chịu lỗi vẫn là một trong những thách thức kỹ thuật định hình ngành. Tuy nhiên, những máy ngày càng mạnh mẽ sẽ có giá trị thương mại hạn chế nếu các doanh nghiệp không có ứng dụng sẵn sàng chạy trên chúng.

Điều này tạo ra một cuộc đua song song về các thuật toán, ước lượng tài nguyên, môi trường phát triển, chuẩn đoán, xác minh và kiến thức thể chế.

Quantum Pilot là nỗ lực của Zapata nhằm gói gọn những lĩnh vực đó vào một hệ thống mà các doanh nghiệp có thể sử dụng trước khi quyết định chính xác phần cứng quantum nào sẽ cuối cùng thực thi khối lượng công việc của họ.

Cách tiếp cận không phụ thuộc vào phần cứng như vậy có thể trở nên ngày càng có liên quan nếu các kiến trúc khác nhau chứng tỏ phù hợp hơn với các lớp vấn đề khác nhau. Nó cũng cho phép các công ty tiếp tục đánh giá các ứng dụng trong khi lộ trình phần cứng thay đổi dưới chân họ.

Câu hỏi lớn hơn là liệu các tổ chức có thể biến những năm thực nghiệm quantum thành một năng lực thể chế chứ không chỉ là một loạt các bằng chứng khái niệm.

Quantum Pilot không loại bỏ sự không chắc chắn liên quan đến thời điểm lợi thế quantum có ý nghĩa thương mại sẽ xuất hiện. Thay vào đó, nó được thiết kế dựa trên một giả định thực tiễn hơn: các doanh nghiệp muốn hưởng lợi từ những tiến bộ phần cứng trong tương lai cần một phương pháp có kỷ luật để xác định những gì đáng xây dựng từ rất sớm, trước khi phần cứng sẵn sàng.