×
Квантовые компьютеры D-Wave откроют новые способы анализа данных

На физическом уровне кубиты в D-Wave One представлены джозефсоновскими переходам — разрывами электрической цепи из нескольких атомов диэлектрика. Объединяясь попарно, эти переходы формируют SQUID, или квантовый интерферометр. Сверхпроводящий ток способен преодолевать участки микроразрывов за счёт эффекта туннелирования электронов. Они образуют куперовские пары и приобретают дополнительную энергию. После прохождения электронами джозефсоновского перехода эта энергия выделяется в виде электромагнитного излучения, частота которого зависит от величины падения напряжения.

 

Измерение частоты ЭМИ лежит в основе квантовых вычислений D-Wave. Для обеспечения требуемой точности блок с набором кубитов охлаждают почти до температуры абсолютного нуля и дополнительно экранируют от внешних электромагнитных воздействий.

 

Известно, что Lockheed Martin и Google уже купили первые модели машины D-Wave и выразили заинтересованность в приобретении устройств следующих поколений. Косвенно это подтверждает эффективность подхода D-Wave, однако в научном мире приняты другие критерии достоверности.

 

Опубликованное в Nature Physics исследование было выполнено международной группой специалистов, в которую вошли представители университетов Лос-Анджелеса и Санта-Барбары, отдела квантовых вычислений и архитектур Microsoft, а также института теоретической физики Швейцарии.

 

Из ста двадцати восьми кубитов D-Wave One непосредственно в решении задач были задействованы сто восемь. Зная декларируемые особенности архитектуры, исследователи провели серию вычислений, попытались установить зависимость между сложностью задачи и временем её выполнения и пришли к следующему выводу: «Изучив корреляции, мы убедились, что производительность устройства не соответствует классическим алгоритмам нормализации. Напротив, мы обнаружили хорошую корреляцию с моделями квантовой нормализации». 

 

Оценка вычислительной мощности устройства пока затруднена из-за специфического способа решения прикладных задач. D-Wave One не столько программируется, сколько перенастраивается каждый раз для выполнения очередного задания. Минимальное «чистое» время решения составило 5 мкс. Сравнивать его с быстродействием классических компьютерах было бы не вполне корректно, зато (исходя из общей архитектуры) можно экстраполировать этот результат на модели с бόльшим числом кубитов.

 

Как пояснил один из авторов исследования Даниэль Лидар (Daniel A. Lidar), среди целей эксперимента был не только поиск доказательств квантовой природы вычислений D-Wave One. «Наша работа — часть крупномасштабной программы научного сообщества, направленной на изучение потенциала квантовой обработки информации, который, как все мы надеемся, однажды сможет превзойти классические аналоги», — пишет Лидар в пресс-релизе, опубликованном на сайте университета.

 

Квантовый компьютер D-Wave Two (фото: dwavesys.com)

Квантовый компьютер D-Wave Two (фото: dwavesys.com).

 

Сегодня системы D-Wave ещё не способны выполнять практические задания более эффективно, чем обычные компьютеры. Это лишь первые физические модели, благодаря которым можно разработать новые методы решения математически сложных задач.

 

Новое поколение адиабатического квантового компьютера D-Wave представляет собой более серьёзную машину. D-Wave Two использует свыше 500 кубитов. Если бы все они были напрямую связаны между собой, можно было бы ожидать ускорения на сто порядков. В действительности кубиты соединены только с семью непосредственными соседями, поэтому D-Waver Two всего лишь в 300 тысяч раз мощнее, чем D-Wave One.

 

Консультат D-Wave Systems Катерина Макджош сравнила производительность D-Wave Two с производительностью мощной рабочей станции, построенной из традиционного для ПК «железа». Для этого она использовала пакет CPLEX, предназначенный для решения задач линейного и квадратичного программирования. D-Wave Two победил с большим перевесом: он оказался в 3 600 раз быстрее. Для того чтобы выдать сотню решений, ему хватало половины секунды. Рабочие станции тратили на ту же задачу около получаса.

 

Такой выигрыш возможен только на довольно ограниченном круге задач. Тем не менее компании и организации, которые с ними сталкиваются, всё внимательнее приглядываются к машинам D-Wave. Не исключено, что они откроют более эффективный метод анализа данных.

 

Ранее специалисты D-Wave демонстрировали использование адиабатического компьютера для расчёта фолдинга белков. Сотрудники Google обкатывали на нём алгоритмы распознавания визуальных образов и различных паттернов. Другие задачи из области машинного обучения тестировались на D-Wave в лаборатории искусственного интеллекта исследовательского центра NASA. Вариантов использования квантовых компьютеров много, но самое щедрое финансирование пока идёт со стороны военно-промышленного комплекса через компанию Lockheed Martin.

 

Источник: http://www.computerra.ru/95899/d-wave-one-testing/