Конкурс программного обеспечения Xanadu: результаты уже известны!
В Xanadu мы уделяем большое внимание программному обеспечению с открытым исходным кодом, которое делает квантовые компьютеры более доступными. В нашем портфолио программного обеспечения есть две жемчужины в короне:
- Strawberry Fields: Программирование фотонных квантовых компьютеров - простой в использовании интерфейс для создания фотонных квантовых схем со встроенными методами компиляции, симуляторами и приложениями. Программный интерфейс к квантовому фотонному оборудованию Xanadu (скоро!).
- PennyLane: TensorFlow для квантовых вычислений - кроссплатформенная библиотека, посвященная машинному обучению на квантовых компьютерах. Выполняет алгоритмы квантового машинного обучения в Rigetti’s Forest, IBM Qiskit, Xanadu’s Strawberry Fields или Microsoft QDK и беспрепятственно связывает их с PyTorch и TensorFlow.
Мы постоянно обновляем эти библиотеки новыми выпусками, добавляем аппаратные средства и внедряем интересные функции. В ближайшие месяцы мы сделаем еще несколько объявлений!
Основная цель этой публикации - выделить победителей первого в истории конкурса программного обеспечения Xanadu, продемонстрировав творческое и захватывающее использование нашего программного стека. За последний год мы получили несколько заявок по трем категориям: Исследования, Образование и Программное обеспечение. Без лишних слов мы рады объявить следующих лауреатов и почетных наград в каждой категории:
Премия за исследования
1-е место:
Самуэль Йен-Чи Чен, Чао-Хан Хук Ян, Цзюнь Ци, Пин-Ю Чен, Сяоли Ма, Си-Шэн Гоан
Вариационные квантовые схемы для глубокого обучения с подкреплением
[Бумага] [Код]
2 место:
Мишель Барбо и Хоакин Гарсиа-Альфаро
Подделка и распознавание навигационных данных микро-летательного аппарата с использованием квантово-генерирующих противоборствующих сетей
[Бумага] [Код]
Достойное упоминание:
Миллер Итон
Подготовка состояний Готтесмана-Китаева-Прескилла с помощью фотонного катализа
[Paper]
Образовательная награда
1-е место:
Давид Копчик
Вариационные квантовые схемы
[Блокнот]
2 место:
Джек Серони
Непрерывная оптимизация QAOA с помощью фотонных квантовых вычислений: учебное пособие
[Запись в блоге]
Награда за программное обеспечение
1-е место:
Руланд Виерсема
Рокки Раккун: PennyLane и квантовое логарифмическое правдоподобие
[Репозиторий]
2 место:
Филиппо Миатто и Алессандро Луонго
CJTricks: фокусы Чоя-Ямиолковского в Strawberry Fields
[Репозиторий]
Достойны упоминания:
Маркус Эдвардс
Хуан Лени
Уильям Пол и команда scikit-Quantum
Победители, занявшие первое место, получают 1000 долларов США, а победители второго места - 500 долларов США. Поздравляем всех, кто занял первое место, и спасибо всем, кто участвовал.
Мы видели несколько действительно интересных работ на конкурс (даже стихотворение!). Ниже мы выделим некоторых из фаворитов наших судей, а их описания предоставят сами победители.
Rocky Racoon, автор - Руланд Виерсема
Мы обратились к Роланду, чтобы подвести итог его победившей работы:
«Цель Rocky Raccoon - предложить пользователям простой способ изучить модель квантового машинного обучения, минимизируя очень специфическую функцию затрат; квантовое логарифмическое правдоподобие (QLLH). QLLH описывает «расстояние» между состояниями квантовой системы (описываемое матрицами плотности). Если мы сделаем эти состояния зависимыми от входных данных и настраиваемых параметров, мы сможем изучить категориальный классификатор, минимизируя QLLH. Для некоторых наборов данных это может привести к повышению производительности по сравнению с классическим эквивалентом этой функции потерь.
В качестве управляемой квантовой системы мы выбрали, конечно, квантовый компьютер. Rocky Raccoon использует PennyLane для моделирования и оптимизации параметризованной квантовой системы на квантовом компьютере. Объединив это с Tensorflow, фреймворком для глубокого обучения Python, можно легко обучать сложные гибридные архитектуры.
Мне было очень весело работать над этим проектом, и мне очень понравилось взаимодействие с командой разработчиков программного обеспечения PennyLane на Github и на дискуссионном форуме ».
Работа Роланда также сопровождалась потрясающим титульным листом! Вы можете увидеть часть этого на изображении баннера в верхней части этого блога.
Вариационные квантовые схемы для обучения с глубоким подкреплением, автор - Самуэль Йен-Чи Чен и соавторы.
Самуил сказал о своей работе следующее:
«В этой работе мы продемонстрировали, что вариационные квантовые схемы могут быть больше, чем классификаторы; они могут играть роль переключателя действий в реальном сценарии. Например, предлагаемый агент квантового обучения с подкреплением может преуспеть в динамическом выборе канала в многоканальной среде. Хотя нынешние квантовые устройства все еще существуют в небольших масштабах, ожидается, что вскоре будут выпущены более крупные машины с большим количеством кубитов, и мы надеемся расширить эту работу и решить более сложные проблемы.
Спасибо Xanadu за предложение этого конкурса и программную платформу, расширяющую возможности многих исследователей и приносящую пользу сообществу. И спасибо за щедрую помощь профессору Си-Шен Гоан из физического факультета NTU и NTU-IBM Q Hub. Я особенно благодарен доктору Пин-Ю Чен из IBM Research, а также моим коллегам Чао-Хан Хук Ян, Джун Ци и профессору Сяоли Ма из Технологического института Джорджии, Школа ECE; они поделились своим опытом глубокого обучения с подкреплением и помогли определить и создать реальную основу для динамических телекоммуникационных сетей ».
Уловки CJ Филиппо Миатто и Алессандро Луонго
Вот описание работы, написанное собственными словами победителей:
«В наших исследованиях мы используем Strawberry Fields для разработки новых квантовых устройств. Когда мы начали его использовать, было ясно, что это инструмент, не похожий ни на что из того, что мы когда-либо использовали раньше. Это побудило нас взломать его и проверить его пределы, и мы заметили, что можем передать любую матрицу в качестве начального состояния (в отличие от просто нормализованных векторов состояния).
Именно тогда у нас возникла идея скормить единичную матрицу: результатом будет сам канал, согласно изоморфизму Чоя-Ямиолковского. С помощью нескольких настроек и большого количества упражнений с индексами мы внесли в код утилиту для извлечения унитарных и неунитарных представлений квантовых каналов, просто вводя тождества!
Это классический пример того, как «ошибка» - это замаскированная мощная функция ».
Еще раз спасибо всем, кто принял участие в конкурсе!
Для тех, кто пропустил крайний срок конкурса, но все еще хочет изучить квантовое программное обеспечение, в ноябре Xanadu проведет QHACK’19, хакатон по квантовому машинному обучению.
Более подробную информацию можно найти на qhack.ai.
