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Communiqués de presse scientifiques

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image : Le bSBM est environ 10 fois plus rapide que l'aSBM pour résoudre un problème de 2000 bits*2.

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Crédit : Toshiba Corporation

TOKYO --Toshiba Corporation (TOKYO : 6502) et Toshiba Digital Solutions Corporation (collectivement Toshiba), leaders du secteur des solutions aux problèmes d'optimisation à grande échelle, ont annoncé aujourd'hui l'algorithme de bifurcation simulée balistique (bSB) et l'algorithme de bifurcation simulée discrète (dSB) , de nouveaux algorithmes qui surpassent de loin les performances du précédent algorithme de bifurcation simulée (SB) de Toshiba. Les nouveaux algorithmes seront appliqués pour trouver des solutions à des problèmes très complexes dans des domaines aussi divers que la gestion de portefeuille, le développement de médicaments et la gestion logistique.

Introduit en avril 2019

, le précédent SB a innové en tant que plate-forme pour trouver des solutions aux problèmes d'optimisation combinatoire, surpassant les autres approches d'un facteur 10*1. Toshiba a maintenant étendu cette réalisation avec deux nouveaux algorithmes qui appliquent des approches innovantes, telles qu'un effet tunnel quasi-quantique, à l'amélioration des performances, leur permettant d'acquérir des solutions optimales (solutions exactes) pour des problèmes d'optimisation combinatoire à grande échelle qui défient les capacités de leur prédécesseur. Implémenté sur une machine à 16 GPU, dSB peut trouver une solution presque optimale d'un problème d'un million de bits, le plus grand problème combinatoire au monde jamais rapporté dans les articles scientifiques, en 30 minutes - un calcul qui prendrait 14 mois sur un ordinateur typique à processeur. Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue académique en ligne,

Avancées scientifiques

, le 3 février (HNE)*2.

Les nouveaux algorithmes ont des caractéristiques différentes. bSB est optimisé et nommé pour la vitesse de fonctionnement, et trouve de bonnes solutions approximatives en peu de temps. Il génère moins d'erreurs qu'un algorithme de bifurcation simulée adiabatique (aSB)*3 signalé précédemment et renvoie ainsi des résultats plus rapides et plus précis. Mis en œuvre sur un réseau de portes programmables sur le terrain (FPGA), surnommé la machine à bifurcation simulée balistique (bSBM), il obtient une bonne solution à un problème de 2 000 bits environ 10 fois plus rapidement que la machine aSB précédente (aSBM) (Figure 1).

dSB est un algorithme de haute précision. Bien qu'implémenté dans un ordinateur classique, il parvient néanmoins à des solutions optimales plus rapidement que les machines quantiques actuelles. Son nom est dérivé du remplacement des variables continues par des variables discrètes dans les équations du mouvement. Cela présente un effet tunnel quasi-quantique qui dépasse les limites des approches fondées sur la mécanique classique, atteignant la solution optimale du problème de 2000 bits.

Toshiba a implémenté dSB sur un FPGA et construit une machine à bifurcation simulée discrète (dSBM) qui atteint une vitesse plus élevée que les autres machines en termes de temps de calcul requis pour obtenir des solutions optimales à divers problèmes (Figure 2).

Implémenté sur une machine à 16 GPU, le dSBM a résolu un problème d'un million de bits, le plus grand jamais signalé dans les articles scientifiques, et est arrivé à une solution presque optimale en 30 minutes - 20 000 fois plus rapide qu'une machine de recuit simulée basée sur un processeur. , ce qui prendrait 14 mois pour effectuer le calcul (Figure 3).

En appliquant les deux algorithmes à des problèmes du monde réel, Toshiba propose bSB pour les applications qui nécessitent une réponse immédiate, et dSB pour les applications qui nécessitent une grande précision, même si cela prend un peu plus de temps.

Toshiba s'attend à ce que les nouveaux algorithmes améliorent l'efficacité de l'industrie, des entreprises et de la prise de décision complexe en résolvant les problèmes d'optimisation combinatoire dans des domaines tels que les portefeuilles d'investissement, le développement de médicaments et la planification des itinéraires de livraison.

Commentant les algorit

hmes, Hayato Goto, chercheur en chef au Corporate Research & Development Center de Toshiba Corporation, a déclaré : « Nous sommes confrontés à de nombreux problèmes du monde réel où nous devons trouver la solution optimale parmi un grand nombre de choix, et nous devons également faire face à explosion combinatoire, où le nombre de modèles de combinaison augmente de façon exponentielle à mesure qu'un problème augmente à l'échelle. C'est pourquoi la recherche sur les ordinateurs à usage spécial pour l'optimisation combinatoire est menée dans le monde entier. Notre objectif est de développer une solution logicielle - des algorithmes qui peuvent résoudre problèmes d'optimisation combinatoire à grande échelle rapidement et avec précision, et contribuent à la réalisation d'efficacités plus élevées."

Toshiba proposera les algorithmes de bifurcation simulés nouvellement développés en tant que service cloud basé sur GPU et en tant que version sur site implémentée sur un FPGA d'ici 2021.

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(Remarques)

*1 H. Goto, K. Tatsumura, AR Dixon, Sci. Av. 5, eaav2372 (2019).

https://advances.sciencemag.org/content/5/4/eaav2372

*2 H. Goto et al., Sci. Av. (2021).

https://advances.sciencemag.org/content/7/6/eabe7953

*3 Bifurcation simulée adiabatique (aSB) : utilise le processus adiabatique en mécanique classique comme principe*1. Le processus adiabatique est un phénomène qui continue à rester dans un état de basse énergie lorsque les paramètres du système changent lentement dans un système dynamique. Un ordinateur mettant en œuvre un aSB est une machine de bifurcation simulée adiabatique (aSBM).

À propos de Toshiba Corporation

Toshiba Corporation dirige un groupe mondial d'entreprises qui combinent les connaissances et les capacités de plus de 140 ans d'expérience dans un large éventail d'entreprises - des infrastructures énergétiques et sociales aux appareils électroniques - avec des capacités de classe mondiale dans le traitement de l'information, les technologies numériques et d'IA . Ces atouts distinctifs soutiennent l'évolution continue de Toshiba pour devenir une société de services d'infrastructure qui promeut l'utilisation et la numérisation des données, et l'une des principales sociétés technologiques de systèmes cyber-physiques au monde. Guidé par l'engagement de base du groupe Toshiba, « Engagé envers les gens, engagé pour l'avenir », Toshiba contribue au développement positif de la société avec des services et des solutions qui mènent à un monde meilleur. Le Groupe et ses 130 000 employés dans le monde ont réalisé des ventes annuelles dépassant les 3 400 milliards de yens (31,1 milliards de dollars américains) au cours de l'exercice 2019.

http://www.toshiba.co.jp/worldwide/about/index.html

À propos de Toshiba Digital Solutions Corporation

En tant que moteur de l'activité de solutions numériques du groupe Toshiba, Toshiba Digital Solutions Corporation fournit des solutions d'intégration de systèmes et de services numériques qui aident les entreprises à accélérer leur transformation numérique, et joue également un rôle central dans la transition de Toshiba pour devenir l'une des principales technologies cyber-physiques au monde. entreprises, avec des capacités avancées allant de la fabrication à l'IA.

https://www.global.toshiba/ww/company/digitalsolution.html

Site Web commercial de la machine de bifurcation simulée Toshiba :

https://www.toshiba-sol.co.jp/en/pro/sbm/index.htm

Contact médias

KOBAYASHI ItaruDivision de la communication d'entreprise, Toshiba Corporation

media.relations@toshiba.co.jp

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10.1126/sciadv.abe7953

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