imagen: El bSBM es aproximadamente 10 veces más rápido que el aSBM para resolver un problema de 2000 bits * 2.
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Crédito: Toshiba Corporation
TOKIO - Toshiba Corporation (TOKYO: 6502) y Toshiba Digital Solutions Corporation (en conjunto Toshiba), líderes de la industria en soluciones para problemas de optimización a gran escala, anunciaron hoy el algoritmo de bifurcación simulada balística (bSB) y el algoritmo de bifurcación simulada discreta (dSB) , nuevos algoritmos que superan con creces el rendimiento del anterior algoritmo de bifurcación simulada (SB) de Toshiba. Los nuevos algoritmos se aplicarán para encontrar soluciones a problemas de alta complejidad en áreas tan diversas como la gestión de carteras, el desarrollo de fármacos y la gestión logística.
Introducido en abril de 2019
, el SB anterior abrió nuevos caminos como plataforma para encontrar soluciones a problemas de optimización combinatoria, superando a otros enfoques por un factor de 10 * 1. Toshiba ha ampliado este logro con dos nuevos algoritmos que aplican enfoques innovadores, como un efecto de túnel cuasi-cuántico, para mejorar el rendimiento, lo que les permite adquirir soluciones óptimas (soluciones exactas) para problemas de optimización combinatoria a gran escala que desafían las capacidades de su predecesor. Implementado en una máquina de 16 GPU, dSB puede encontrar una solución casi óptima para un problema de un millón de bits, el problema combinatorio a mayor escala del mundo hasta ahora reportado en artículos científicos, en 30 minutos, un cálculo que tomaría 14 meses en un computadora típica basada en CPU. Los resultados de la investigación se publicaron en la revista académica en línea,
Avances de la ciencia
, el 3 de febrero (EST) * 2.
Los nuevos algoritmos tienen diferentes características. bSB está optimizado y nombrado por la velocidad de operación, y encuentra buenas soluciones aproximadas en poco tiempo. Genera menos errores que un algoritmo de bifurcación simulado adiabático (aSB) * 3 informado anteriormente y, por lo tanto, devuelve resultados más rápidos y precisos. Implementado en una matriz de puertas programables en campo (FPGA), denominada máquina de bifurcación simulada balística (bSBM), obtiene una buena solución a un problema de 2000 bits aproximadamente 10 veces más rápido que la máquina aSB anterior (aSBM) (Figura 1).
dSB es un algoritmo de alta precisión. Aunque implementado en una computadora clásica, no obstante llega a soluciones óptimas más rápido que las máquinas cuánticas actuales. Su nombre se deriva del reemplazo de variables continuas con variables discretas en ecuaciones de movimiento. Esto exhibe un efecto de túnel cuasi-cuántico que rompe los límites de los enfoques basados en la mecánica clásica, alcanzando la solución óptima del problema de 2000 bits.
Toshiba implementó dSB en una FPGA y construyó una máquina de bifurcación simulada discreta (dSBM) que alcanza una velocidad más alta que otras máquinas en términos de tiempos de cálculo requeridos para obtener soluciones óptimas para varios problemas (Figura 2).
Implementado en una máquina de 16 GPU, el dSBM resolvió un problema de un millón de bits, el más grande hasta ahora reportado en artículos científicos, y llegó a una solución casi óptima en 30 minutos, 20.000 veces más rápido que una máquina de recocido simulada basada en CPU. , lo que tardaría 14 meses en realizar el cálculo (Figura 3).
Al aplicar los dos algoritmos a problemas del mundo real, Toshiba propone bSB para aplicaciones que requieren una respuesta inmediata y dSB para aplicaciones que requieren alta precisión, incluso si lleva un poco más de tiempo.
Toshiba espera que los nuevos algoritmos aporten una mayor eficiencia a la industria, los negocios y la toma de decisiones complejas al abordar los problemas de optimización combinatoria en campos que incluyen carteras de inversión, desarrollo de fármacos y planificación de rutas de entrega.
Al comentar sobre los algoritmos, Hayato Goto, científico jefe de investigació
n del Centro de Investigación y Desarrollo Corporativo de Toshiba Corporation, dijo: "Nos enfrentamos a muchos problemas del mundo real en los que debemos encontrar la solución óptima entre una gran cantidad de opciones, y también debemos lidiar con explosión combinatoria, donde el número de patrones de combinación aumenta exponencialmente a medida que aumenta la escala de un problema. Es por eso que se están llevando a cabo investigaciones en todo el mundo sobre computadoras especiales para la optimización combinatoria. Nuestro objetivo es desarrollar una solución de software: algoritmos que puedan resolver problemas de optimización combinatoria a gran escala de forma rápida y precisa, y contribuyen a la consecución de mayores eficiencias ".Toshiba ofrecerá los algoritmos de bifurcación simulada recientemente desarrollados como un servicio en la nube basado en GPU y como una versión local implementada en una FPGA dentro de 2021.
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(Notas)
* 1 H. Goto, K. Tatsumura, AR Dixon, Sci. Adv. 5, eaav2372 (2019).
https://advances.sciencemag.org/content/5/4/eaav2372
* 2 H. Goto y col., Sci. Adv. (2021).
https://advances.sciencemag.org/content/7/6/eabe7953
* 3 Bifurcación adiabática simulada (aSB): utiliza el proceso adiabático en la mecánica clásica como principio * 1. El proceso adiabático es un fenómeno que continúa manteniéndose en un estado de baja energía cuando los parámetros del sistema cambian lentamente en un sistema dinámico. Una computadora que implementa un aSB es una máquina de bifurcación simulada adiabática (aSBM).
Acerca de Toshiba Corporation
Toshiba Corporation lidera un grupo global de empresas que combina conocimientos y capacidades de más de 140 años de experiencia en una amplia gama de negocios, desde energía e infraestructura social hasta dispositivos electrónicos, con capacidades de clase mundial en procesamiento de información, tecnologías digitales y de inteligencia artificial. . Estas fortalezas distintivas respaldan la evolución continua de Toshiba para convertirse en una empresa de servicios de infraestructura que promueve la utilización y digitalización de datos, y una de las empresas de tecnología de sistemas ciberfísicos líderes en el mundo. Guiado por el compromiso básico del Grupo Toshiba, "Comprometidos con las personas, comprometidos con el futuro", Toshiba contribuye al desarrollo positivo de la sociedad con servicios y soluciones que conducen a un mundo mejor. El Grupo y sus 130.000 empleados en todo el mundo consiguieron unas ventas anuales que superaron los 3,4 billones de yenes (31,100 millones de dólares estadounidenses) en el año fiscal 2019.
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Acerca de Toshiba Digital Solutions Corporation
Como impulsor del negocio de soluciones digitales de Toshiba Group, Toshiba Digital Solutions Corporation ofrece integración de sistemas y soluciones de servicios digitales que ayudan a las empresas a acelerar su transformación digital, y también desempeña un papel central en la transición de Toshiba para convertirse en una de las tecnologías ciberfísicas líderes en el mundo. empresas, con capacidades avanzadas que se extienden desde la fabricación hasta la IA.
https://www.global.toshiba/ww/company/digitalsolution.html
Sitio web comercial de Toshiba Simulated Bifurcation Machine:
https://www.toshiba-sol.co.jp/en/pro/sbm/index.htm
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Avances de la ciencia
DOI
10.1126 / sciadv.abe7953
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