QED-C 워크숍에서 양자 AI 목표 식별

양자 컴퓨팅과 AI는 어떻게 함께 작동할까요? 지난 몇 년간 양자 AI에 대한 마케팅 열풍에 이어, 양자 경제 개발 컨소시엄(QED-C)이 지난 10월 개최된 QED-C 워크숍 주제를 바탕으로 보고서(양자 컴퓨팅 및 인공지능 사용 사례)를 발표했습니다.

세부적인 내용은 아니지만, 이 보고서는 양자 AI 또는 두 분야가 어떻게 함께 작동할 수 있는지 이해하기 위한 좋은 개요를 제공합니다. 예를 들어, 화학 및 재료 과학 모델링의 양자 AI 응용 프로그램, 물류 및 에너지 최적화, 기상 모델링 및 환경 과학, 신호 처리 및 양자 감지에 관한 섹션이 있습니다.

이 보고서는 다음 네 가지 주제에 초점을 맞추고 있습니다:

• 현재 고전적 컴퓨팅 접근법으로는 불가능한 양자 컴퓨팅과 AI의 시너지에서 발생할 수 있는 새로운 솔루션이나 응용 프로그램.
• AI를 사용하여 양자 컴퓨팅의 사용 사례를 식별하는 접근 방식.

• AI 기술을 사용하여 특정 양자 컴퓨팅 기술 또는 전체 양자 생태계의 개발을 가속화할 수 있는 기회.
• 양자 컴퓨팅과 AI의 공동 응용 가능 영역에서 두 기술의 통합에 필요한 기술적 진보.

다음은 보고서의 발췌문입니다: "독립적인 기술이지만, 양자 컴퓨팅과 AI는 여러 중요하고 다방향적인 방식으로 서로를 보완할 수 있습니다. 예를 들어, AI는 회로 설계, 응용 프로그램 및 오류 수정의 개발을 가속화하고 알고리즘 개발을 위한 테스트 데이터를 생성함으로써 양자 컴퓨팅을 지원할 수 있습니다. 양자 컴퓨팅은 최적화 및 확률적 작업과 같은 특정 유형의 문제를 더 효율적으로 해결할 수 있어, AI 모델이 복잡한 패턴을 분석하거나 고전적 시스템으로는 불가능한 계산을 수행하는 능력을 향상시킬 수 있습니다. 고전적 AI 방법의 강점과 양자 컴퓨팅 알고리즘의 잠재력을 통합하는 하이브리드 접근 방식은 두 기술을 활용하여 알고리즘 복잡성을 크게 줄이고, 계산 프로세스 및 자원 할당의 효율성을 향상시킵니다."

QED-C의 집행 이사인 셀리아 메르츠바허는 "양자 컴퓨팅과 AI의 동시 발전은 개별적으로나 집단적으로 두 분야 모두에 장점을 제공합니다. QED-C는 실용적인 응용 프로그램과 사용 사례 맥락에서 그 잠재력을 살펴보았습니다. 이 초기 단계에서 산업계, 학계, 정부는 이 기회를 최대한 활용하기 위해 협력해야 합니다"라고 말했습니다.

QED-C의 보고서는 세 가지 전반적인 권장 사항을 제시합니다:

• 연방 양자 및 AI 이니셔티브에 양자 컴퓨팅 + AI 지원 포함
• 학계에서 양자 컴퓨팅 + AI 연구 및 교육 증가

보고서에서 강조된 더 활발한 영역 중 하나는 AI를 사용하여 양자 기술 자체의 개발을 가속화하는 것입니다. 실제로 이 사용 사례가 실현 가능성이 높은 분야라는 데 광범위한 합의가 있습니다. 보고서는 AI가 양자 개발을 가속화하는 데 도움을 줄 수 있는 다음 영역을 지적합니다:

• AI는 양자 컴퓨팅 소프트웨어 및 알고리즘 개발자를 지원하고 큐비트 및 양자 회로를 포함한 양자 컴퓨팅 하드웨어 설계를 최적화할 수 있습니다. 일부 마이크로칩 설계자는 이미 고급 반도체를 개발하기 위해 AI를 사용하고 있어, AI 역할을 양자 컴퓨팅 하드웨어로 자연스럽게 확장할 수 있습니다. AI는 또한 양자 네트워크용 하드웨어 구성 요소의 설계를 향상시키는 데 도움을 줄 수 있습니다.
• AI는 양자 컴퓨팅이 양자 컴퓨팅 알고리즘을 설계하고 개선하여 효율성과 성능을 향상시키는 데 도움을 줄 수 있습니다.

• 소프트웨어 개발자는 양자 컴퓨팅 소프트웨어 개발 키트로 훈련된 코드 어시스턴트를 활용하여 코드 개발을 가속화하고 이러한 컴퓨터를 프로그래밍할 수 있는 개발자 수를 늘릴 수 있습니다.
• AI는 오류 수정(예: 실시간 노이즈 프로필을 기반으로 오류 수정 코드의 동적 최적화) 및 노이즈 감소(예: 노이즈 패턴 분석)와 같은 중요한 양자 컴퓨팅 문제를 해결할 수 있습니다.

전체적으로, 보고서는 몇 가지 특정 사례 역사에 대한 논의로 강화될 수 있었습니다. QED-C의 회원들은 POC 노력에서만이라도 그러한 실질적인 경험을 가지고 있을 가능성이 높습니다. 특정 회사의 노력을 부각시키지 않으려는 의도였을 것입니다. 전체 보고서는 3월에 QED-C 회원들에게만 처음 공개되었지만 이번 주에 더 넓은 대중에게 공개되었습니다.

보고서 링크: https://quantumconsortium.org/quantum-computing-and-artificial-intelligence-use-cases

QEDC 양자 + AI 보고서 권장 사항

1. 연방 양자 및 AI 이니셔티브에 양자 컴퓨팅 + AI 지원 포함: 연방 정부는 국가 양자 이니셔티브(NQI) 법, CHIPS 및 과학 법, 그리고 다른 법률에 의해 안내되는 상당하고 광범위한 양자 기술 R&D 포트폴리오에 투자합니다. 연방 기관은 양자 처리 장치, 중앙 처리 장치, 그래픽 처리 장치, 뉴로모픽 컴퓨팅 등과 같은 여러 컴퓨팅 패러다임을 포함하는 이종 컴퓨팅 환경을 포함하여 양자 컴퓨팅 + AI 하이브리드 기술에 대한 R&D 지원을 명시적으로 포함해야 합니다.

연방 정부의 양자 컴퓨팅 + AI R&D 지원은 또한 전문가들이 지식과 학습을 공유할 수 있는 인프라와 프로그램을 촉진해야 합니다. 예를 들어, 광범위한 연구 커뮤니티에 개방된 국립 연구소의 이종 컴퓨팅 테스트베드는 실용적인 응용을 목표로 하는 부문 간 응용 연구를 지원할 수 있습니다. 실제로 NQI는 여러 국가 양자 센터를 설립했으며, 그 중 많은 것이 테스트베드를 포함하고 있으며, 이를 확장하여 양자 컴퓨팅 + AI 기술을 탐색해야 합니다. 양자 컴퓨팅을 다른 기술과 통합하는 것을 용이하게 하는 테스트베드에 대한 특정 지원이 필요합니다.

비양자 테스트베드도 양자 컴퓨팅 기술의 잠재적 통합을 탐색하도록 장려될 수 있습니다. 예를 들어, 그리드 회복성 및 고급 제조를 위한 연방 자금 지원 테스트베드는 양자 컴퓨팅 + AI가 이러한 분야에 어떻게 도움이 될 수 있는지 탐색할 수 있습니다. NSF의 국가 AI 연구소는 새로운 양자 컴퓨팅 알고리즘을 개발하기 위해 AI를 사용하는 데 중점을 둘 수 있으며, 이는 차례로 양자 컴퓨팅과 AI 모두를 발전시킬 수 있습니다. 부문 간 협력과 다양한 기술의 통합은 양자 컴퓨팅 R&D의 최전선에 머물고 양자 컴퓨팅 + AI 기술 배포 기회를 증가시키는 데 중요합니다.

마지막으로, CHIPS 및 과학 법에 의해 승인된 과학 기술 사용자 확장(QUEST) 프로그램은 학계 및 민간 부문의 연구자들에게 상업용 양자 컴퓨터에 대한 접근을 제공합니다. QUEST는 특히 양자 컴퓨팅 + AI에 관한 연구에 대한 지원을 포함할 수 있습니다.

2. 학계에서 양자 컴퓨팅 + AI 연구 및 교육 증가: AI는 현재 많은 커뮤니티 칼리지 및 대학 학생들이 소프트웨어 및 컴퓨터 과학 학위에 관심을 갖게 하는 트렌디한 분야입니다. 동시에, 양자 컴퓨팅은 물리 과학 및 공학 학생들 사이에서 관심을 끌고 있습니다. 이 큰 풀을 활용하여 양자 컴퓨팅 + AI 기술을 발전시킬 수 있습니다. 예를 들어, 고등 교육 기관은 물리학, 수학, 공학 및 컴퓨터 과학을 포함하는 학제간 과정을 제공함으로써 더 많은 학생들에게 두 분야를 소개할 수 있습니다. 학생들이 산업계에서의 경력에 더 잘 준비되고 양자 컴퓨팅 회사에서 AI 역량을 구축하기 위해, 대학은 양자 컴퓨팅 회사와 파트너십을 맺어 인턴십과 실습 교육을 제공할 수 있습니다. 이러한 프로그램은 캐나다에 존재하며 미국의 노력에 가치 있는 추가가 될 것입니다.

NSF, DOE, DARPA와 같은 정부 자금 지원 기관도 양자 컴퓨팅과 AI 연구자 팀이 협력할 수 있는 프로그램을 만들어 다학제적 양자 컴퓨팅 + AI 연구를 장려할 수 있습니다. 예를 들어, 다학제적 팀은 실제 양자 사용 사례의 효율성을 높이는 고전적 알고리즘이나 오류 수정을 위한 대규모 방법을 연구할 수 있습니다. 다학제적 팀에 의한 실험적, 이론적, 계산 연구에 자금을 지원한 Materials Genome Project는 이러한 접근 방식의 예입니다. 기관들은 다학제적 프로그램 자금 지원 및 관리를 보장하기 위해 프로그램 사무소를 연결하는 메커니즘을 만들어야 할 수도 있습니다.

3. 양자 컴퓨팅 + AI 기술 개발, 시연 및 채택을 가속화하기 위한 산업체 연결: AI는 모든 산업에서 채택되고 있지만, 양자 컴퓨팅 + AI는 여전히 상대적으로 초기 단계이며 최종 사용자 간의 인식은 낮습니다. 양자 컴퓨팅과 AI의 개발자와 최종 사용자들 사이의 더 나은 참여와 상호 작용이 실제 비즈니스 가치를 제공하는 새로운 능력, 제품 및 서비스를 만들기 위해 필요합니다. QED-C 및 AI Alliance와 같은 양자 컴퓨팅 및 AI 산업 컨소시엄은 회원들 간의 인식을 높이고, 협력 기회를 만들고, 정부 자금이 채울 수 있는 간극을 식별하기 위해 힘을 합쳐야 합니다. 이러한 그룹들은 함께 최종 사용자 커뮤니티와 참여하여 초기 도입자가 될 수 있는 분야를 식별하고 초기 응용 프로그램을 추진하는 파트너가 될 수 있습니다.

초기 응용 프로그램은 추가적이고 더 넓은 사용 사례로 이어질 것이며, 결국 AI가 경험한 것과 유사한 변곡점에 도달하게 되어, 그 후에는 양자 컴퓨팅 + AI 사용이 기하급수적으로 증가할 것입니다. 해커톤과 비즈니스 중심의 양자 컴퓨팅 + AI 챌린지는 지식 공유를 촉진하고 관심을 자극할 수 있습니다.

정부 내에서는 고급 제조부터 마이크로일렉트로닉스까지 다양한 산업을 목표로 하는 프로그램의 목표를 달성하기 위해 양자 컴퓨팅 + AI 개발을 촉진할 기회가 있습니다. 예를 들어, Manufacturing USA는 다양한 제조 능력을 개발하는 것을 목표로 하는 18개의 고급 제조 연구소에 자금을 지원합니다. 양자 컴퓨팅 + AI는 제조 혁신을 방해하고 허용할 잠재력이 있으며 많은 연구소의 R&D 프로그램에 주입될 수 있습니다. 마찬가지로, CHIPS R&D 프로그램은 미래 칩 기술에 대한 능력을 개발하고자 합니다. 5-10년 시간 범위 내에, 양자 컴퓨팅 + AI는 전통적인 반도체 기반 컴퓨팅 생태계에 영향을 미칠 것입니다. CHIPS R&D 프로그램은 이 새로운 기술이 미래 마이크로일렉트로닉스 기술에 원활하게 통합되도록 하기 위해 양자 컴퓨팅 + AI 연구를 포함해야 합니다.