ความร่วมมือระหว่างประเทศกำลังสำรวจว่าการคำนวณควอนตัมสามารถใช้ในการวิเคราะห์ข้อมูลจำนวนมหาศาลที่เกิดจากการทดลองกับLarge Hadron Collider (LHC) ที่ CERN ได้อย่างไร นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่า “เครื่องเวกเตอร์สนับสนุนควอนตัม” สามารถช่วยให้นักฟิสิกส์เข้าใจข้อมูลจำนวนมหาศาลที่สร้างขึ้นที่ CERN การทดลองกับ LHC สามารถสร้างข้อมูลได้ 1 เพตาไบต์ต่อวินาที
จากการชนกันของอนุภาคประมาณหนึ่งพันล้านครั้งต่อวินาที
ข้อมูลเหล่านี้จำนวนมากต้องถูกละทิ้งเนื่องจากการทดลองสามารถมุ่งเน้นไปที่กลุ่มย่อยของเหตุการณ์การชนกันเท่านั้น อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์ข้อมูลของ CERN ในปัจจุบันอาศัยซีพียูเกือบหนึ่งล้านคอร์ที่ทำงานในศูนย์คอมพิวเตอร์ 170 แห่งทั่วโลก
LHC กำลังอยู่ในระหว่างการอัพเกรดที่จะเพิ่มอัตราการชนกัน พลังประมวลผลที่จำเป็นในการประมวลผลและวิเคราะห์ข้อมูลเพิ่มเติมคาดว่าจะเพิ่มขึ้น 50-100 เท่าภายในปี 2570 ในขณะที่การปรับปรุงเทคโนโลยีในปัจจุบันจะช่วยแก้ปัญหาส่วนเล็ก ๆ ของช่องว่างนี้ นักวิจัยที่ CERN จะต้องค้นหาวิธีการใหม่และชาญฉลาดกว่า เพื่อจัดการกับความท้าทายด้านคอมพิวเตอร์ ซึ่งเป็นที่มาของการคำนวณควอนตัม
ความร่วมมือควอนตัมในปี 2544 ห้องปฏิบัติการได้จัดตั้งความร่วมมือระหว่างภาครัฐและเอกชนที่เรียกว่า CERN openlabเพื่อเร่งการพัฒนาเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ใหม่ๆ ที่จำเป็นสำหรับชุมชนการวิจัยของ CERN หนึ่งในบริษัทเทคโนโลยีชั้นนำหลายแห่งที่เกี่ยวข้องกับความร่วมมือนี้คือ IBM ซึ่งเป็นผู้เล่นหลักในด้านการวิจัยและการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัม
โดยหลักการแล้ว คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถ
แก้ปัญหาบางอย่างได้ในเวลาอันสั้นกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไป ในขณะที่ต้องเอาชนะความท้าทายทางเทคโนโลยีที่สำคัญเพื่อสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้งานได้จริง IBM และบริษัทอื่นๆ จำนวนหนึ่งได้สร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมเชิงพาณิชย์ที่สามารถคำนวณได้แล้ว
Federico Carminati นักฟิสิกส์คอมพิวเตอร์ที่ CERN และหัวหน้าเจ้าหน้าที่นวัตกรรมของ CERN openlab อธิบายถึงความสนใจของห้องปฏิบัติการในโซลูชันควอนตัม: “เรากำลังพิจารณาเกี่ยวกับการคำนวณควอนตัม เนื่องจากอาจเป็นวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้สำหรับปัญหาด้านกำลังประมวลผลของเรา” เขาบอกกับPhysics Worldว่า CERN openlab ไม่ต้องการลองใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีประสิทธิภาพในวันพรุ่งนี้ แต่ต้องการเล่น “เกมขนาดกลางถึงยาว” เพื่อดูว่าเป็นไปได้อย่างไร “เราสามารถพยายามจำลองฟิสิกส์นิวเคลียร์ การกระเจิงของนิวเคลียส หรือแม้แต่จำลองควาร์กและปฏิสัมพันธ์พื้นฐาน” เขาอธิบาย
CERN openlab และ IBM เริ่มทำงานร่วมกันเกี่ยวกับการคำนวณควอนตัมในปี 2018 ตอนนี้นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน นำโดยSau Lan Wu , CERN, IBM ResearchในซูริกและFermilabใกล้ชิคาโก กำลังพิจารณาว่าการเรียนรู้ด้วยเครื่องควอนตัมสามารถใช้เพื่อระบุได้อย่างไร เหตุการณ์ Higgs boson ในข้อมูลการชนกันของ LHC
ผลลัพธ์ที่สดใสด้วยการใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัม
และเครื่องจำลองคอมพิวเตอร์ควอนตัมของ IBM ทีมงานจึงเริ่มใช้วิธีเครื่องเวกเตอร์สนับสนุนควอนตัมกับงานนี้ นี่คือเวอร์ชันควอนตัมของระบบแมชชีนเลิร์นนิงภายใต้การดูแลซึ่งใช้ในการจำแนกข้อมูล
“เราวิเคราะห์ข้อมูลจำลองของการทดลองของ Higgs โดยมีเป้าหมายเพื่อระบุอัลกอริทึมการเรียนรู้ของเครื่องควอนตัมที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการเลือกเหตุการณ์ที่สนใจ ซึ่งสามารถวิเคราะห์เพิ่มเติมได้โดยใช้อัลกอริธึมแบบดั้งเดิมและคลาสสิก” Panagiotis Barkoutsosจาก IBM Research อธิบาย
ผลการทดลองเบื้องต้นมีแนวโน้มดีมาก ข้อมูลควอนตัมบิต (qubits) ห้าบิตบนคอมพิวเตอร์ควอนตัมของ IBM และเครื่องจำลองควอนตัมถูกนำไปใช้กับข้อมูล “ด้วยเครื่องเวกเตอร์สนับสนุนควอนตัม เราวิเคราะห์ตัวอย่างการฝึกขนาดเล็กที่มีคุณสมบัติมากกว่า 40 รายการและตัวแปรการฝึกห้าแบบ ผลลัพธ์นั้นใกล้เคียงกันมาก และบางครั้งก็ดีกว่าผลลัพธ์ที่ได้จากการใช้ตัวแยกประเภทคลาสสิกที่เทียบเท่าที่รู้จักกันดีที่สุด และได้รับอย่างมีประสิทธิภาพและในเวลาอันสั้น” Barkoutsos กล่าว
มองหาฟิสิกส์ใหม่การค้นพบ Higgs boson ในข้อมูล LHC มักถูกนำมาเปรียบเทียบกับ “การหาเข็มในกองหญ้า” เนื่องจากสัญญาณอ่อนมาก อันที่จริง เวลาคำนวณส่วนใหญ่ที่นักฟิสิกส์ LHC ใช้จนถึงตอนนี้ได้ไปที่การวิเคราะห์ของ Higgs boson แล้ว
คอมพิวเตอร์ควอนตัมจำลองปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคพื้นฐานเป็นครั้งแรกเป้าหมายสำคัญของ LHC คือการทดสอบแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคจนถึงจุดแตกหักในการค้นหาฟิสิกส์ใหม่ และการคำนวณด้วยควอนตัมก็มีบทบาทสำคัญ “นี่คือสิ่งที่เราตั้งเป้าไว้ นั่นคือการวิเคราะห์ข้อมูลที่ซับซ้อนซึ่งอาจทำให้เกิดความผิดปกติ ช่วยให้เราปรับปรุงรูปแบบมาตรฐานหรือก้าวไปไกลกว่านั้น” คาร์มินาติสรุป
ทีมงานยังไม่ได้เผยแพร่ผลงาน แต่กำลังอยู่ระหว่างการจัดทำต้นฉบับ งานกำลังดำเนินการโดยใช้จำนวน qubits ที่มากขึ้น ตัวแปรการฝึกอบรมที่มากขึ้น และขนาดตัวอย่างที่ใหญ่ขึ้น
นักวิจัยหลักEunsin Leeและเพื่อนร่วมงานได้วัดปริมาณอิทธิพลของ dosimetric ของเอฟเฟกต์การโต้ตอบสำหรับขนาดเป้าหมายที่แตกต่างกัน แอมพลิจูดของการเคลื่อนไหว และขนาดจุดลำแสงดินสอ พวกเขาไม่ได้ใช้แบบจำลองการจำลองหรือบันทึกการนำส่งการบำบัดใดๆ แต่ให้ส่งขนาดยาที่เป็นเศษส่วนจริงที่ 200 cGy หลายครั้งสำหรับจำนวนเศษส่วนที่ระบุ
“ในการบำบัดด้วยโปรตอน PBS แต่ละชั้นจะถูกส่งไปยังชุดลำแสงดินสอแบบแยกส่วน แม่เหล็กสำหรับสแกนถูกใช้ในการกำหนดค่าระบบใหม่เพื่อส่งปริมาณรังสีในตำแหน่งที่ตามมา” ลีอธิบาย “นี่ไม่ใช่กระบวนการที่เกิดขึ้นทันที ในกรณีที่มีการเคลื่อนไหวของเนื้องอกเนื่องจากการหายใจ สามารถส่งมอบจุดนั้นในตำแหน่งที่ไม่ถูกต้องได้ สิ่งนี้ทำให้การสแกนลำแสงโปรตอนมีความไวต่อการเคลื่อนไหวโดยเนื้อแท้ เพราะนอกจากการเคลื่อนที่ของเนื้องอกแล้ว ลำแสงเองก็เคลื่อนที่ในระหว่างการคลอดด้วย”
Credit : watcheslaw.net watjes.net watsonjewelry.net wickersleypartnershiptrust.org
