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微软用量子计算让肿瘤检测快30%,精度提高25%

  

 来源:智能事物

微软使用量子计算使肿瘤检测速度提高30%,准确度提高25%

聪明的东西(公共号码:zhidxcom)

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导语:微软研究了一种可以提高磁共振成像速度和精度的量子算法。

聪明的事情7月16日消息,最近,微软和克里夫兰凯斯西储大学的科学家们,他们专门研究一种叫做磁共振成像(MRF)成像的技术,可以将磁共振成像的准确度提高25%。

该公司表示,这一进展可能有一天可以改善乳腺癌和其他疾病的治疗方法。例如,它可以允许医生确定肿瘤在几天内化疗后是否缩小,而不是等待数周或数月。

这一发展是研究人员如何使用为未来量子计算机设计的算法的最新例子之一,这些算法将改进当今现有计算机上运行的计算。其他例子包括使用量子算法找到更好的方法来管理整个电网负荷,改善拥挤城市的驾驶路线,并控制投资组合中的风险和回报。

一,磁共振指纹成像:准确区分体组织类型

在最新的案例中,微软与克利夫兰凯斯西储大学的科学家合作,专门研究磁共振成像(MRF)成像技术,就像更熟悉的磁共振成像(MRI),强电子场和无线电波是用于生成内部器官和软组织的图像。然而,传统的磁共振成像只能识别亮区或暗区,而放射科医师必须主观评估这些区域。磁共振指纹成像可以准确地区分组织类型,以获得更详细和可解释的图像。

凯斯西储大学的MRF先驱Mark Graywold领导了该项目。他喜欢用“试图听合唱团”的比喻来描述MRF。例如,身体的组织就像一个歌手。使用传统的MRI,就好像整个合唱团都在唱同一首歌,而观众只能判断一个歌手是否比其他歌手更响亮或更柔和,或更高。低或是否运行;在使用MRF时,就像听每个歌手演唱自己独特歌曲的合唱团一样,听众可以将合唱中的声音与歌曲隔离开来并用它来识别歌手。

配置扫描程序以查找特定的组织类型非常耗时。在微软量子算法的帮助下,研究人员发现他们可以在原来的三分之一到六分之一的时间内完成扫描。同时,扫描精度提高了25%以上。 “精确度的提高非常重要,因为它可以让我们看到组织中的变化越来越小。”

微软一直在强调量子算法的潜力,部分原因在于其未来量子计算机市场的种子。但它一直在强调自己的量子计算软件,而不是硬件,因为不像一些竞争对手,尽管经过多年的发展,它还没有任何值得炫耀的量子计算硬件产品。

其次,自定义算法提高了MRF成像的准确性和速度

根据Mark Griswold的说法,使用MRF成像技术的关键是如何准确地调整扫描仪传输的无线脉冲的强度,频率和角度。找到正确的脉冲模式是扫描仪识别组织类型的关键。他说:“有一种数学上最优的模式,它允许扫描仪仅拾取对单个细胞准确的组织类型,但由于它涉及太多变量,它超出了传统计算机的计算能力。”/p>

“因此,研究人员几乎完全依靠有根据的猜测来调整每次扫描的脉冲模式。即使采用这种不完美的方法,MRF也能产生比MRI更详细的图像。“

MarkGriswold说,为了得到进一步的改进,有必要找到这个数学理想模型而不是人工直觉。然而,当他的团队申请资助研究如何使用传统的算法技术来优化MRF扫描时,该应用程序被拒绝,理由是它根本不可能解决这样一个具有数学挑战性的问题。

MarkGriswold随后听说微软正在与凯斯西储大学医学影像专家合作测试其HoloLens增强现实眼镜,并正在寻找合作伙伴,使用量子算法创建类似的演示案例。 MarkGriswold近20年来一直密切关注量子计算的发展,他意识到这可能是他的机会。

“我们喜欢看似不可能的问题,”负责MRF项目的微软量子计算研究员Matthias Troyer说。更重要的是,MRF是一个看似不可能的问题,是优化现有量子算法的挑战。

然而,Matthias Troyer也表示现有的量子算法必须针对MarkGriswold的问题进行调整。 “我们要强调的是,为了真正获得量子优化器的全部功能,我们必须开发一种自定义解决方案。”在这种情况下,最困难的部分来自构建MRF图像所涉及的数千个变量。找到算法应尝试优化的因子子集。一旦你这样做,他说,“有可能做一些最初不可能完成的事情。”

他还说,即使在传统计算机上运行量子算法也可以显着提高MRF扫描的速度和准确性,但如果在足够大的量子计算机上,结果将更加令人印象深刻。

但Matthias Troyer称量子计算机需要一百万个逻辑位,而这种规模的机器,即使不是几十年,也需要数年时间。

三,量子计算:计算能力或指数增长

量子计算机使用量子力学特性来表示和处理信息。在传统的计算机中,信息比特的二进制格式由0或1表示。每个比特的值独立于计算中使用的所有其他比特。在量子计算机中,量子比特用于表示信息。可以使用具有量子特性的任何现象(例如,电子的自旋或光子的偏振)来创建这些量子位。

与位不同,量子位可以表示0和1,或者在某些情况下,可以表示0和1之间的任何值。更重要的是,每个量子位的值会影响系统中其他量子位的值,这几乎可以瞬间打开门。解决方案,而无需连续处理信息。理论上,这两个因素使得量子计算机比传统计算机具有更大的优势,因为对于每个额外的量子比特,其功率增长不是线性的,而是指数的。一个足够大的量子计算机应该能够做到即使是当今最大的超级计算机也无法做到的事情,例如找到更节能的肥料生产过程或打破保护世界大部分数据的加密系统。

量子计算机曾经是科幻小说的材料。但在2011年,加拿大公司D-WaveSystems首次推出了商用量子计算机,尽管该机器仅适用于解决一些数学问题的子集。从那时起,小发猫,谷歌和基于伯克利的初创公司RighettiComputing开始构建更多通用量子计算机,客户可以通过互联网访问这些计算机。与此同时,英特尔还推出了量子处理器,尽管尚未向商业客户提供这些处理器。

到目前为止,这些量子计算机没有传统计算机无法做到的强大功能,尽管人们认为谷歌可能已经接近超越了名为“quantumsupremacy”的门槛。即便如此,量子机器仍然太小,即使商业对大多数公司没用,它们的计算也太容易出错。

阿里和亚马逊加入量子竞赛

在过去的一年里,阿里巴巴宣布将建造量子处理器。亚马逊悄悄聘请了量子计算专家团队,表明它可能正在建造一台机器,至少有六家初创公司也正在研究量子硬件。

在微软,首席执行官Satya Nadella将量子计算描述为三项突破性技术之一,另外两项是增强现实和人工智能,这对公司的未来至关重要。在他的领导下,公司在量子计算方面做出了巨大努力。首先,来自世界各地的物理学家,数学家,计算机科学家和工程师团队受雇,并且聘请了经验丰富的工程总监Todd Holmdahl,他是一名Xbox游戏机。 HoloLens混合现实头的头部。

该公司选择了一种未经测试的量子位量子计算器,基于物理学家直到2017年才100%确定的难以捉摸的亚原子粒子。这些亚原子粒子可以形成更稳定且不易受周围电磁力冲击的编织物。而不是小发猫,Google和Righetti使用的粒子。在理论上错误率较低的情况下,Microsoft的设计应该更适合商业应用。但首先,微软必须证明它可以可靠地制作这些骰子并使用它们来形成量子比特,这还没有完成。

与此同时,微软有大量的数学家和计算机科学家研究量子计算机的编程方法。而且,事实证明,使用量子计算机的特殊性质开发的一些算法也适用于普通计算机。

结论:量子竞争加代码,算法先突破

作为近年来出现的一项新技术,量子计算是增强现实和人工智能三大最具开创性的技术之一。

微软最新发布的未来量子计算机算法有效地提高了医学磁共振成像的速度和准确性。速度提高了六分之一到三分之一,精度提高了25%以上。这无疑是一个很好的医学发展。信息。

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