ALCANCES DE LA COMPUTACIÓN CUÁNTICA EN EL RECONOCIMIENTO DE VOZ

Armando Jiménez Flores Maximino Peña Guerrero

15º CONGRESO INTERNACIONAL MEXICANO DE ACÚSTICA

Octubre de 2008

Instituto Politécnico Nacional

Universidad Autónoma Metropolitana-Azc

Explorar el potencial de la computación cuántica en el desarrollo de algoritmos para reconocimiento de voz, en tiempo real, con características de alta precisión y velocidad.

OBJETIVO

Recientes desarrollos de sistemas de reconocimiento de voz han permitido incrementar su precisión a expensas de una menor velocidad en el proceso, debido a que demandan un mayor número de ciclos de reloj.

Desafortunadamente, las técnicas y algoritmos más rápidos implican aproximaciones que reducen la precisión del reconocimiento.

La disyuntiva para los diseñadores se presenta entre la velocidad y la precisión.

PROBLEMÁTICA

Durante la última década se han desarrollado lenguajes cuánticos, tales como: QPL (Quantum Programming Language), QML (Quantum ML), QHaskell y QCL (Quantum Computation Language), pensados para programar y simular computadoras cuánticas.

La posibilidad de simular operaciones booleanas fundamentales, comunes en computadoras clásicas, hace viable la idea de emular dispositivos cuánticos mediante dispositivos FPGA.

INTRODUCCIÓN

INTERFASE QCL

CÁLCULO DE PARIDAD

//  qufunct  parity  –Calcular  la  paridad  de  x  y  almacenarla  en  y  

qufunct  parity(quconst  x,  quvoid  y)  {  

         int  i;  

         for  i=0  to  #x-­1    {  

         CNot  (y,x[i]);  

         }  

}  

IMPLEMENTACIÓN A LA MEDIDA DEL FANOUT

Extern  qufunct  Cnot(qureg  q,  quconst  c);  

qufunct  Fanout(quconst  a,  quvoid  b)  {  

         int  i;  

         if  #a    !=#b  {exit  “Fanout:  los  argumentos  deben  ser  de  igual  tamaño”;  }  

         for  i=0  to  #a-­1    {  

                   CNot  (b[i],  a[i]);  

         }  

}  

FUNCIÓN “COMPARACIÓN DE BIT” qufunct  bitcmp(quconst  x1,  quconst  x2,    quvoid  y)  {  

         const  n=ceil(log(max(#x1,#x2)  +1,2));  

         int  i;  

quscratch  j[n];  

         for  i=0  to  #x1-­1    {  

                   cinc(j,  x1[i]);  

         }  

         Not(j);  

         for  i=0  to  #x2-­1  {  

cinc(j,  x2[i]);//incrementar  j  si  el  bit  i  de  x1  esta  puesto  

         }  

         CNot(y,j);  

}  

Emulación de Dispositivos Cuánticos con FPGAs

DESARROLLO DE DISPOSITIVOS EN SILICIO

PROGRAMA EN VHDL QUE

DESCRIBE A UNA MÁQUINA

FASE DE

COMPILACIÓN VHDL

PROCESO DE

MANUFACTURA EN SILICIO

GENERACIÓN DE UNA COMPUTADORA CUÁNTICA

PROGRAMA QUE DESCRIBE

A UNA MÁQUINA CUÁNTICA

FASE DE

COMPILACIÓN

MANUFACTURA DE UNA

COMPUTADORA CUÁNTICA

EMULADOR FPGA DE COMPUTADORA CUÁNTICA

DESCRIPCIÓN VHDL DE UN

EMULADOR DE MÁQUINA CUÁNTICA

FASE DE

COMPILACIÓN VHDL

DESARROLLO DE UN EMULADOR

FPGA DE COMPUTADORA

CUÁNTICA

TARJETA DE DESARROLLO FPGA

TARJETA DE DESARROLLO FPGA

TARJETA DE DESARROLLO FPGA

TARJETA DE DESARROLLO FPGA

TARJETA DE DESARROLLO FPGA

Cray-1

Cray-CX1 Intel Xeon

IBM-Roadrunner

IBM Roadrunner 1.7 Petaflops

Supercómputo con clusters

CONCLUSIONES

  Hemos analizado algunos de los requerimientos de cálculo que exigen los modernos sistemas de reconocimiento de patrones de voz.

  Ante la necesidad de alcanzar una mayor precisión y velocidad, el paradigma de la computación cuántica sugiere la posibilidad de ser aplicada en el proceso de habla continua en tiempo real.

  Se ha explorado la viabilidad de emular circuitos cuánticos mediante circuitos FPGA’s y pensamos que es posible emular el paralelismo presente en las computadoras cuánticas, mediante la configuración de trayectorias paralelas para cada bit cuántico.

  Una emulación de este tipo permitiría la construcción de circuitos cuánticos complejos, a partir de una biblioteca de componentes, de una manera sencilla.

  Tenemos planeado desarrollar un emulador FPGA que nos permita probar algoritmos de computación cuántica, mientras que se construye, en el futuro, una computadora de control numérico cuántica.