چگونه یک مدل هوش مصنوعی کوانتومی بسازیم – با نمونه کدهای پایتون
یادگیری ماشینی (ML) یکی از مهمترین زیر حوزه های هوش مصنوعی است که در ساخت سیستم های هوش مصنوعی عالی استفاده می شود.
در ML، یادگیری عمیق یک منطقه باریک است که فقط بر روی شبکه های عصبی متمرکز شده است. از طریق زمینه یادگیری عمیق، سیستم هایی مانند ChatGPT و بسیاری از مدل های هوش مصنوعی دیگر می توانند ایجاد شوند. به عبارت دیگر، ChatGPT فقط یک سیستم غول پیکر است که مبتنی بر شبکه های عصبی است.
با این حال، یک مشکل بزرگ در یادگیری عمیق وجود دارد: کارایی محاسباتی. ایجاد سیستم های هوش مصنوعی بزرگ و موثر با شبکه های عصبی اغلب به انرژی زیادی نیاز دارد که گران است.
پس ، هر چه سخت افزار کارآمدتر باشد، بهتر است. راه حل های زیادی برای حل این مشکل وجود دارد که یکی از آنها محاسبات کوانتومی است.
این مقاله امیدوار است به زبان انگلیسی ساده، ارتباط بین محاسبات کوانتومی و هوش مصنوعی را نشان دهد.
در مورد این موارد صحبت خواهیم کرد:
هوش مصنوعی و ظهور یادگیری عمیق
مشکل بزرگ در یادگیری عمیق: کارایی محاسباتی
مثال کد: یک مدل هوش مصنوعی کوانتومی برای شیمی کوانتومی
نتیجه گیری: محدودیت های محاسبات کوانتومی و توسعه
هوش مصنوعی و ظهور یادگیری عمیق
یادگیری عمیق در هوش مصنوعی چیست؟
یادگیری عمیق زیر شاخه هوش مصنوعی است. از شبکه های عصبی برای پردازش الگوهای پیچیده استفاده می کند، درست مانند استراتژی هایی که یک تیم ورزشی برای برنده شدن در یک مسابقه استفاده می کند.
هرچه شبکه عصبی بزرگتر باشد، توانایی بیشتری برای انجام کارهای عالی دارد - برای مثال ChatGPT که از پردازش زبان طبیعی برای پاسخ به سؤالات و تعامل با کاربران استفاده می کند.
برای درک واقعی اصول اولیه شبکه های عصبی – وجه اشتراک هر مدل هوش مصنوعی که آن را قادر به کار می کند – باید لایه های فعال سازی را درک کنیم.
یادگیری عمیق = آموزش شبکه های عصبی
هسته اصلی یادگیری عمیق، آموزش شبکه های عصبی است. این بدان معناست که از داده ها برای بدست آوردن مقادیر مناسب برای هر نورون استفاده می کنیم تا بتوانیم آنچه را که قصد داریم پیش بینی کنیم.
شبکه های عصبی از نورون هایی تشکیل شده اند که در لایه ها سازماندهی شده اند. هر لایه ویژگی های منحصر به فردی را از داده ها استخراج می کند.
این ساختار لایه ای به مدل های یادگیری عمیق اجازه می دهد تا داده های پیچیده را تجزیه و تحلیل و تفسیر کنند.
مشکل بزرگ در یادگیری عمیق: کارایی محاسباتی
یادگیری عمیق بسیاری از تحولات هوش مصنوعی را در جامعه ایجاد می کند. با این حال، با یک مشکل بزرگ همراه است: کارایی محاسباتی.
آموزش سیستم های هوش مصنوعی یادگیری عمیق به حجم عظیمی از داده ها و قدرت محاسباتی نیاز دارد. این می تواند از چند دقیقه تا چند هفته طول بکشد و در این فرآیند، انرژی و منابع محاسباتی زیادی مصرف می کند.
راه حل های زیادی برای این مشکل وجود دارد، مانند کارایی الگوریتمی بهتر.
در مدلهای زبان بزرگ، این مورد تمرکز بسیاری از تحقیقات هوش مصنوعی بوده است. برای ساخت مدل های کوچکتر عملکردی مشابه مدل های بزرگتر دارند.
راه حل دیگر، علاوه بر کارایی الگوریتمی، راندمان محاسباتی بهتر است. محاسبات کوانتومی یکی از راه حل های مربوط به بازده محاسباتی بهتر است.
یک راه حل: محاسبات کوانتومی
محاسبات کوانتومی یک راه حل امیدوارکننده برای مشکل کارایی محاسباتی در یادگیری عمیق است.
در حالی که کامپیوترهای معمولی در بیت کار می کنند (0 یا 1)، کامپیوترهای کوانتومی با کیوبیت کار می کنند - می توانند همزمان 0 و 1 باشند.
با وجود کیوبیت هایی که همزمان 0 و 1 را نشان می دهند، به لطف خاصیتی به نام برهم نهی در فیزیک کوانتوم، می توان بسیاری از احتمالات را به طور همزمان پردازش کرد.
این امر باعث میشود که کامپیوترهای کوانتومی برای کارهای خاص بسیار کارآمدتر از کامپیوترهای معمولی باشند.
به این ترتیب، میتوان الگوریتمهای مبتنی بر کوانتومی را نیز داشت که کارآمدتر از الگوریتمهای معمولی هستند. به این ترتیب، مصرف انرژی در هنگام ایجاد مدلهای هوش مصنوعی کاهش مییابد.
چرا کامپیوترهای کوانتومی چندان مورد استفاده قرار نمی گیرند؟
مشکل محاسبات کوانتومی این است که نمایش فیزیکی خوب و ارزانی از کیوبیت ها وجود ندارد.
بیتها با گیتهای منطقی ساخته شده از ترانزیستورهای کوچک ساخته و مدیریت میشوند که به راحتی توسط میلیاردها میتوان ایجاد کرد.
کیوبیت ها توسط مدارهای ابررسانا، یون های به دام افتاده و کیوبیت های توپولوژیکی ایجاد و مدیریت می شوند که همگی بسیار گران هستند.
این بزرگترین مشکل در محاسبات کوانتومی است. با این حال، آیبیام، آمازون و بسیاری دیگر در سرویسهای ابری به مردم اجازه میدهند تا کد را روی رایانههای کوانتومی خود اجرا کنند.
مثال کد: یک مدل هوش مصنوعی کوانتومی برای شیمی کوانتومی
در این مثال کد، یک مسئله شیمی کوانتومی را حل می کنیم:
کمترین سطح انرژی مولکول H2 با استفاده از محاسبات کوانتومی چقدر است؟
قبل از درک مسئله در دست، بیایید شیمی کوانتومی را مورد بحث قرار دهیم.
شیمی کوانتومی چیست؟
شیمی کوانتومی رشتهای از علم است که به چگونگی رفتار الکترونها در اتمها و مولکولها میپردازد.
این در مورد استفاده از فیزیک کوانتومی برای درک چگونگی تعامل الکترون ها، اتم ها، مولکول ها و بسیاری از ذرات ریز دیگر و تشکیل مواد شیمیایی مختلف است.