D wave 2000q: D-Wave Systems продали свой первый 2000-кубитный квантовый компьютер

D-Wave начала поставлять мощнейший в мире квантовый компьютер для бизнеса / Хабр

Канадская D-Wave приступила к поставкам 5000-кубитовых квантовых компьютеров Advantage. Устройства позиционируются как решения для нужд бизнеса, а не исследователей.

Предыдущая система компании 2000Q имела, соответственно, в два раза меньше кубитов. Однако и это значительно больше, чему конкурентов, которые выпускают квантовые компьютеры на 50 кубитов. Они в новой системе разбиты на кластеры по 15, связанных только в пределах кластера. В прежней системе в кластере было связано 6 кубитов.

Advantage представляет собой гибридный вычислитель с классической и квантовой вычислительными платформами. Система разбивает большую задачу на части для решения классическим и квантовым способами.

Вычислители в новой системе охлаждаются до очень низких температур. Это требует тщательного экранирования от случайного внешнего электромагнитного воздействия.

На новой платформе возможно использовать до одного миллиона переменных при решении задач оптимизации, тогда как ее предшественник предлагала 120 тысяч элементов для хранения переменных. Для «сложных задач» это число ограничивается 20 тысячами.

В итоге размеры задач на квантовой части на D-Wave Advantage выросли в 2,5 раза.

Новый решатель дискретной квадратичной модели (DQM) позволяет использовать в расчётах не две переменные 0 и 1, а цифры от 1 до 10 или другие наборы значений. Эта модель станет общедоступной 8 октября.

Цена новой системы не называется. Предшественник, система D-Wave 2000Q, стоила $15 млн.

Чтобы воспользоваться квантовыми вычислителями, не нужно приобретать сами системы Advantage. Эту задачу решает облачный сервис D-Wave Leap, подписчики которого бесплатно получат доступ к обновлённым функциям.

Наконец, D-Wave подготовила программу поддержки разработчиков приложений для прикладных решений в квантовых вычислениях.

Компания привела примеры использования своих систем. Так, канадский ритейлер Save-On-Foods уже сократил время по оптимизации работы продуктовых магазинов с 25 часов до 2 минут.

См. также:

крутая кривая обучения квантовым вычислениям / Хабр

Переосмыслить концепцию задачи тяжело, но результат стоит того

Примечание автора: я знаю, что неправильно вычислил перенос Брэгга как в классическом, так и в квантовом случае; однако, это достаточно близко к правде для того, чтобы понять разницу между программированием классического и квантового компьютера.

Время: где-то в 2018 году. Место: тухлый канал в Слаке.

«Ты знаешь Python?»

Вопросы Джона Тиммера, научного директора Ars Technica, иногда могут застать врасплох. Если бы в Слаке можно было пропитывать буквы осторожностью, то мой ответ «Да» просто сочился бы ею.

Оказывается, что D-Wave решила дать всему миру доступ к своему квантовому оптимизатору через API. Ars пригласили его опробовать, но нужно было знать Python. Я был готов на это.

Я предполагал, что D-Wave выпустит какой-то фантастический API, который сможет взять мой фирменный код, заставляющий программистов рыдать, и превратит его в квантово-оптимизированные строчки. Увы, когда я добрался до квантового оптимизатора, оказалось, что это не так. Я быстро оказался погружённым в документацию, пытаясь выяснить, что мне вообще нужно делать.

Думаю, что представитель D-Wave по связям с общественностью имел в виду человека, знавшего достаточно для того, чтобы запускать уже готовые примеры. Но я упрям. Мне нужно было придумать три-четыре возможных задачи, которые я хотел проверить. Я хотел выяснить: смогу ли я овладеть процессом решения этих задач на компьютере D-Wave? Насколько легко совершить концептуальный скачок от классического программирования до работы с квантовым отжигом? Подойдут ли вообще хоть какие-то из моих задач к этой машине?

Раскрывая потрясающий вывод прямо сразу, скажу, что ответы получились следующими: может, не совсем «овладеть»; сложно; не все задачи.

Выбор задач для программирования

Несмотря на то, как вы меня себе представляете, меня можно назвать практикующим программистом. По сути, любой человек, достаточно хорошо разбирающийся в программировании, поморщился бы (и, возможно, совершил бы убийство), увидев мой код на Python.

Однако я могу придумать задачи, требующие написания программы для их решения. Мне нужно, к примеру, что-то, вычисляющее электрическое поле набора электродов. Что-то, находящее состояние с минимальной энергией атома гелия. Или что-то, подсчитывающее рост интенсивности света при старте лазера. Эти задачи больше всего меня интересуют. И, начав этот проект, я понятия не имел, может ли архитектура D-Wave решить эти проблемы.

Я выбрал две проблемы, которые, по моему мнению, могли сработать: нахождение членов множества Мандельброта и расчёт потенциальных контуров набора электродов. Преимуществом этих проблем было то, что я мог быстро решить их при помощи классического кода, и сравнить ответы. Но я быстро столкнулся с проблемами, пытаясь понять, как запустить решение этих задач на машине от D-Wave. Тут требуется серьёзный сдвиг в осмыслении задач, а моё мышление работает довольно прямолинейно.

К примеру, одна из проблем, с которыми я сталкивался, состоит в том, что мы имеем дело с низкоуровневыми двоичными числами (несмотря на то, что они выражены в виде кубитов, а не битов). Это значит, что, по сути, в программе нет типов. Практически весь мой опыт в программировании заключается в решении физических задач при помощи числовых типов с плавающей точкой.

Приходится думать о задаче по-другому: ответ должен выражаться как двоичное число (в идеале, true или false), а вся физика (к примеру, все числа с плавающей запятой) должны выражаться через объединение кубитов. Даже если бы от этого зависела моя жизнь, я бы не смог разобраться, как это можно сделать для любой из моих задач. Погрузившись в преподавание, я позволил этой проблеме немного повариться в собственном соку.

Шесть месяцев спустя я, наконец, наткнулся на проблему, с которой я был знаком, и которую я мог бы решить при помощи компьютера D-Wave. Прохождение света сквозь волоконную брэгговскую решётку можно выразить в виде двоичной задачи: вышел фотон из фильтра, или нет? Вся физика содержится в соединениях кубитов, а ответ извлекается из энергии решения.

Брэгговские решётки

Одномерная брэгговская решётка – это многослойный материал. Каждый промежуток между двумя слоями отражает небольшое количество света. Общее проникновение через всю структуру определяется расстоянием между промежутками. Чтобы свет прошёл насквозь, необходимо, чтобы волны от различных промежутков складывались по фазе. Спектр прохода идеальной брэгговской решётки с 50 слоями и отражающей способностью в 0,1% показан ниже.

Следующий код генерирует данные для этого графика:

ld = np.linspace(ld_center-3e-9, ld_center+3e-9, num_ld)
k = 2*np.pi/ld
T = np.ones(ld.shape)
for j in range(num_layers):
    T = T*(1-A)*np.cos(j*k*layer_sep)**2

Здесь мы явно подсчитываем относительные вклады каждого промежутка, выраженные в оптической мощности, которые доходят до следующего промежутка. Конструктивная и деструктивная интерференции учитываются через уменьшение или увеличение вклада промежутка, в зависимости от того, насколько близко расстояние между слоями совпадает с половиной длины волны.

Этот хак необходим, поскольку соединение кубитов выражается только в действительных, а не в комплексных числах (физику лучше всего выражать через комплексные числа, содержащие амплитуду и фазу света). Тем не менее, вывод классического кода выглядит примерно правильным – немного беспокоит отсутствие боковых полос частот, что говорит о неполноте модели, но пока это неважно.

В классическом коде модели не хватает проверок на непротиворечивость. Я подсчитывал результат, предполагая, каким именно образом будет распространяться волна. Даже если это предположение окажется неверным, результат подсчёта будет тем же – хотя все уравнения основаны на физике, в коде невозможно гарантировать, что они правильно её описывают.

Переходим к квантам

В систему D-Wave необходимо создать цепочку кубитов, каждый из которых представляет интенсивность света на промежутке. Каждый кубит связан с соседями, и вес связи представляет проход от одного промежутка к другому, учитывающий расстояние между интерфейсами. Если расстояние между интерфейсами равно половине длины волны, свет может резонировать между двумя интерфейсами и проходить далее. Если расстояние равно четверти длины волны, срабатывает деструктивная интерференция, и связь должна быть минимальной.

Прохождение через один промежуток обозначается в 99,9%, поэтому соединение между нулевым и первым кубитом равно

Между первым и вторым:

Между вторым и третьим:

В этой формуле d обозначает физическое расстояние между слоями, а λ — длину волны. Если d/λ = 0,5, тогда косинус равен единице, и мы можем надеяться на идеальное прохождение света.

В системе D-Wave это означает, что каждые два соседних кубита должны соединяться так:

В данном выражении степень u учитывает влияние предыдущих кубитов и упрощает схему соединения.

Внедрение задачи

Теперь, зная, как соединять кубиты, мы должны посмотреть на физическую связь кубитов, чтобы решить, как оформить эту задачу. Это называется малым внедрением [minor embedding].

Мы должны дать компьютеру список связей между кубитами с их весами. Мы также должны задать отклонения, обозначающие важность каждого кубита. В нашем случае все кубиты одинаково важны, поэтому они задаются как -1 для всех кубитов (это число я взял из стандартного примера). Отклонения и связи необходимо ассоциировать с физическими кубитами и связями между ними. В случае крупных задач поиск такого отображения может занять много времени.

Код для генерации связей и отклонений довольно прост.

        #qubit labels (q[j], q[j]) используются как ключи в словаре связей 
        linear.update({(q[j], q[j]): -1}) # отклонения одинаковы 
        #у ближайших соседей связь ненулевая
        if j-k == -1:
            quad.update({(q[j], q[k]): (J_vals[j])**k}) 
                
        #все остальные связи нулевые
        else:
            quad.update({(q[j], q[k]): 0})

К счастью, API D-Wave попытается найти малое внедрение самостоятельно. Я обнаружил, что оно сработало для фильтра с 50 слоями, но не смогло справиться с 100 слоями. Мне это кажется довольно странным, поскольку имея 2000 кубитов и длину цепочки, равную 1 (нам не нужно комбинировать несколько физических кубитов для создания одного логического), система должна уметь внедрять и более крупные проблемы. Оглядываясь назад, я считаю, что неудача была связана с тем, что я задал слишком много нулевых связей.

Альтернативный подход – просто не определять явно нулевые связи. Это даёт алгоритму свободу в нахождении большего количества вариантов внедрения, где у кубитов нет связей. Я это не пробовал, но мне этот вариант кажется следующим логичным шагом.

В любом случае, запустить машину D-Wave очень просто:

response = EmbeddingComposite(DWaveSampler()).sample_qubo(Q_auto, num_reads=num_runs)

Учимся говорить по-кубитски

Разница между моим классическим алгоритмом и решением от D-Wave состоит в том, что компьютер D-Wave не возвращает напрямую понятный результат. Он получается разбитым на много частей. Мы получаем список энергий, и самая маленькая из них должна быть решением. Для нескольких прогонов (допустим, 1000) для каждой энергии мы получаем количество раз, которое она появлялась в ответе. И для каждого прогона мы получаем «ответ», значение кубитов. Мне не сразу было ясно, какие из этих значений можно (и можно ли) интерпретировать как проход сквозь фильтр.

В итоге я решил, что лучше всего будет представлять ответ минимальная энергия решения, поскольку эта величина в каком-то смысле представляет количество энергии, хранящееся в фильтре. Поэтому решение с большей энергией представляет большую проницаемость фильтра, как показано ниже. Превращение этого ответа в реальное прохождение света оставляем в качестве домашнего задания для тех, кто в этом разбирается.

Также возможно получить физическое представление процесса, изучив значения кубитов при решении с наименьшей энергией. Ниже можно видеть битовые значения решений, соответствующих пику кривой передачи (500 нм), 50%-й передаче (500,6 нм) и 5%-й передаче (501,4 нм).

На краю пика передачи кубиты имеют тенденцию скапливаться в группы единиц. На пике кубиты чередуют 0 и 1. Это последнее решение – двоичная картина того, как варьируется интенсивность света в брэгговской решётке. Иначе говоря, решение D-Wave ещё и представляет физику напрямую, чего не скажешь о моём классическом коде.

В этом и заключается реальная сила квантового отжига. Да, я могу прекрасно вывести кривую прохождения через фильтр и из классических вычислений. Но чтобы получить картину реально происходящего внутри, нужен более сложный код. А в квантовом отжиге это достаётся совершенно бесплатно. По-моему, это весьма круто.

Ещё одно преимущество квантового отжига – он гарантирует непротиворечивость решения в рамках моего выбора весов связей кубитов. Это значит, что решение квантового компьютера, вероятно, будет более надёжным, чем решение, полученное из классического кода.

Рассуждения о квантовом программировании

Тяжелее всего в программировании машины D-Wave то, что для этого необходимо по-другому мыслить о задачах. Я, к примеру, привык к задачам по минимизации, когда кривая совпадает с данными. Но я нашёл весьма сложным сменить способ мышления о физической задаче так, чтобы начать писать код для её решения. Не помогает и то, что большинство примеров, данных компанией, для меня выглядят абстрактными и не адаптируемыми к физическим задачам. Но эта ситуация поменяется, когда всё больше пользователей начнут публиковать свой код.

Также сложности могут возникнуть с интерпретацией ответа. В принципе, мне понравилась простота API, и очень здорово получать дополнительные идеи бесплатно. В ближайшем будущем я бы мог использовать D-Wave для решения реальных задач.

D-Wave анонсировала адиабатический квантовый вычислитель нового поколения

D-Wave Systems

Канадская компания D-Wave объявила о создании машины для квантового отжига на 5000 кубитах, который превосходит прошлое поколение устройств по размеру, количеству связей между кубитами и скорости работы. Пресс-релиз опубликован на сайте компании.

В то время как такие компании как Google, IBM и Rigetti пытаются построить полноценный квантовый компьютер, канадская компания D-Wave уже несколько десятилетий идет другим путем. D-Wave работает над созданием сверхпроводящих квантовых адиабатических вычислителей на основе квантового отжига — это устройства, которые могут решать только задачи оптимизации, но благодаря квантовому эффекту, туннелированию, потенциально они способны справиться с очень большими задачами, недоступными для классических устройств.

Суть квантового отжига состоит в том, что квантовая система при достаточно низкой температуре находится в своем основном состоянии с наименьшей энергией. Это наименьшая энергия определяется гамильтонианом (функцией энергии), который задается видом исследуемой функции — у этой функции и ищется минимум. Если изначально отжигатель находится в основном состоянии с неким начальным гамильтонианом, то плавно приводя гамильтониан к желаемому виду, вы все время остаетесь в основном состоянии. Этот эффект обеспечивается адиабатической теоремой. Таким образом, конечное состояние соответствует минимальной энергии конечного гамильтониана и является минимумом функции.

Перевод одного гамильтониана в другой осуществляет при помощи изменения магнитных полей, которые действуют на сверхпроводящие кубиты и на их связи с соседями. Чем больше кубитов и больше связей, тем больше контроля, и значит, можно решать более сложные задачи. Проблема современных устройств в том, что пока они слишком маленькие, чтобы конкурировать с классическими методами оптимизации. Прошлое поколение D-Wave 2000Q имело 2000 кубитов и каждый кубит был связан с шестью соседями, всего около 6000 связей. Такая топология очень сильно ограничивала размер задачи, которую можно решать на этом устройстве.

D-Wave Advatange

D-Wave Systems / 2020

D-Wave представили новое поколение квантовых адиабатических вычислителей D-Wave Advantage c 5000 кубитами, где каждый кубит связан с 15 соседями. Всего в такой машине более 35000 связей, что в 6 раз больше, чем в предыдущем поколении. Такая топология получила имя Pegasus и является важным инженерным достижением, которое может быть использовано и для универсальных квантовых компьютеров в будущем. Компания утверждает, что с помощью этой машины можно решить задачу с более чем миллионом переменных. 

Слева: топология D-Wave 2000Q прошлого поколения с 6 связями Справа: топология D-Wave Advantage с 15 связями у каждого кубита.

D-Wave / 2020

Ученые из D-Wave так же добавили классические методы пред и постобработки, которые ускорили процесс решения оптимизационных задач, на 64% по сравнению с прошлым поколением вычислителей.

Улучшение в скорости работы и в размере решаемой задачи по сравнению с предыдущем поколением машин D-Wave.

D-Wave / 2020

Влияние классических методов постобработки на размер решаемой задачи для компьютером прошлого поколения и D-Wave Advantage.

D-Wave / 2020

Компания D-Wave является лидером на рынке квантовых отжигателей, в 2017 году компания аннонсировала старт продаж своих машин. Подробнее о квантовом отжиге и о его превосходстве над классическими алгоритмами можно прочитать в интервью с Алексеем Устиновым, руководителем группы «Сверхпроводящие квантовые цепи» в Российском Квантовом Центре и МИСИС — «Взять и потрясти».

Михаил Перельштейн

D-Wave 2000Q – самый мощный квантовый компьютер в мире

Квантовые вычисления — это очень сложная отрасль информатики, которая в один прекрасный день кардинально изменит работу всех компьютеров. Передовик этой технологии — канадская компания D-Wave, которая в прошлом году выпустила самый мощный в мире квантовый вычислительный чип с более чем 2000 кубитами (квантовыми битами).

Теперь этот чип, наконец, поставлен в 10-футовый квантовый компьютер стоимостью 15 миллионов долларов, названный D-Wave 2000Q, который является преемником более раннего 1000Q компании, у которого было всего лишь половина количества кубитов.

Квантовый компьютер использует квантово-механические эффекты для обеспечения совершенно нового типа вычислительных ресурсов. Его архитектура построена вокруг «кубитов», а не «бит», он может работать в экстремальных условиях, обладает фантастической мощностью вычислений, позволяет решать наиболее ресурсоемкие задачи.

Главное отличие квантового компьютера от обычного – принцип суперпозиции, благодаря которому вместо выбором между 1 и 0 (бит), устройство способно вычислять задачи, одновременно учитывая и 1 и 0. Таким образом, во внимание одновременно принимается вся совокупность возможных решений.

Чтобы принцип суперпозиции действовал, систему следует эксплуатировать при максимально низких температурах — внутри D-Wave 2000Q температура в 180 раз ниже, чем в межзвездном пространстве.

D-Wave 2000Q стал первым в мире квантовым компьютером, который свободно поступил в продажу и доступен для всех, кто готов заплатить 15 миллионов долларов. Фирма Temporal Defense Systems первая приобрела инновационный компьютер для исследования возможных кибер-угроз. D-Wave 2000Q также станет настоящей находкой в области биотехнологий, машинного обучения и оптимизации затрат.

Известно, что D-Wave удваивает производительность своих мощностей каждые два года, поэтому считается, что компания может выпускать квантовый компьютер размером 4000 кубитов в 2019 году.

Квантовые вычисления — это очень сложная отрасль информатики, которая в один прекрасный день кардинально изменит работу всех компьютеров. Передовик этой технологии — канадская компания D-Wave, которая в прошлом году выпустила самый мощный в мире квантовый вычислительный чип с более чем 2000 кубитами (квантовыми битами).

Теперь этот чип, наконец, поставлен в 10-футовый квантовый компьютер стоимостью 15 миллионов долларов, названный D-Wave 2000Q, который является преемником более раннего 1000Q компании, у которого было всего лишь половина количества кубитов.

Квантовый компьютер использует квантово-механические эффекты для обеспечения совершенно нового типа вычислительных ресурсов. Его архитектура построена вокруг «кубитов», а не «бит», он может работать в экстремальных условиях, обладает фантастической мощностью вычислений, позволяет решать наиболее ресурсоемкие задачи.

Главное отличие квантового компьютера от обычного – принцип суперпозиции, благодаря которому вместо выбором между 1 и 0 (бит), устройство способно вычислять задачи, одновременно учитывая и 1 и 0. Таким образом, во внимание одновременно принимается вся совокупность возможных решений.

Чтобы принцип суперпозиции действовал, систему следует эксплуатировать при максимально низких температурах — внутри D-Wave 2000Q температура в 180 раз ниже, чем в межзвездном пространстве.

D-Wave 2000Q стал первым в мире квантовым компьютером, который свободно поступил в продажу и доступен для всех, кто готов заплатить 15 миллионов долларов. Фирма Temporal Defense Systems первая приобрела инновационный компьютер для исследования возможных кибер-угроз. D-Wave 2000Q также станет настоящей находкой в области биотехнологий, машинного обучения и оптимизации затрат.

Известно, что D-Wave удваивает производительность своих мощностей каждые два года, поэтому считается, что компания может выпускать квантовый компьютер размером 4000 кубитов в 2019 году.

выдающиеся 5000 кубит для бизнеса

Канадская компания D-Wave приступила к поставкам анонсированных год назад 5000-кубитовых квантовых компьютеров Advantage. В переводе на русский язык система называется «преимущество», что просто и без затей намекает о достижении системами D-Wave пресловутого квантового преимущества — сакральной цели квантовых вычислителей. Так ли это, покажет время. Пока же заглянем в пресс-релиз канадцев.

Итак, новая система Advantage получит более чем в два раза больше кубитов, чем было в предыдущей 2000Q. Пять тысяч — это очень и очень много по сравнению с конкурентами, которые создают квантовые вычислители примерно с 50 кубитами. На деле, как всегда, всё интересное в деталях. Все 5000 кубитов в системе Advantage разбиты на кластеры по 15 кубитов. И между собой кубиты связаны или запутаны, если говорить в терминах квантовых вычислителей, только в пределах кластера. В системе 2000Q связанными были только 6 кубитов в кластере. И это определённо существенное улучшение.

Система Advantage, что также важно, позиционируется как решение для бизнеса, а не для исследовательских учреждений. Уточним, это гибридный вычислитель, сочетающий классическую вычислительную платформу и квантовую. Система D-Wave разбивает большую задачу на части для решения на классических компьютерах и на квантовых. К сожалению, компания или её клиенты пока не раскрывают данных о преимуществах перехода на квантовые вычислители. Просто говорится, что это преимущество в ряде случаев действительно достигается, и оно впечатляет.

Поскольку число кубитов в кластере (число связанных кубитов) выросло с 6 до 15, то D-Wave была вынуждена полностью изменить топологию платформы — условно квантового процессора. Вычислители по-прежнему охлаждаются до очень низких температур и требуют тщательного экранирования от случайного внешнего электромагнитного воздействия. Новая платформа позволяет использовать до одного миллиона переменных при решении задач оптимизации, что также произошло благодаря серьёзной переработке топологии. Предыдущая система предлагала лишь 120 тыс. элементов для хранения переменных. Тем самым размеры задач, которые можно запускать на квантовой части на D-Wave Advantage, выросли в 2,5 раза.

Для системы Advantage компания представила новый решатель дискретной квадратичной модели (DQM). Это даёт возможность использовать в расчётах не две переменные 0 и 1, а например, цифры от 1 до 10 или другие наборы значений. Модель DQM компании станет общедоступной 8 октября. Сами системы Advantage не обязательно нужно будет покупать, чтобы воспользоваться квантовыми вычислителями. Для желающих есть облачные сервисы D-Wave Leap. Подписчики сервиса бесплатно получат доступ к обновлённым сервисам.

Ещё раз повторим, новая система — это инструмент для бизнеса, который захочет ускорить операции за счёт перехода на гибридно-квантовые системы. Компания D-Wave подготовила программу поддержки разработчиков «квантовых» приложений, чтобы помочь начинающим быстрее создавать собственные прикладные решения. Заявлено, что система Advantage поможет оптимизировать бизнес задачи в широком спектре. Но необходимо помнить, что используемый D-Wave квантовый метод относится к так называемому квантовому отжигу, что лучше всего работает для поиска оптимальных решений из множества переменных.

К примеру, один из пользователей системы D-Wave, канадская компания Save-On-Foods, сократила время по оптимизации работы продуктовых магазинов с 25 часов до 2 минут, а оптимизацию она проводит каждую неделю. О пользе гибридно-квантовых вычислителей также говорят другие клиенты D-Wave — компании Menten AI, Accenture и Volkswagen. Нам же интересно, когда о системе Advantage заговорят исследователи и тестировщики. Ждём. Да, цена вопроса не сообщается, но будет явно не дешевле $15 млн, во сколько обходилась система D-Wave 2000Q.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

D-Wave анонсировала адиабатический квантовый вычислитель нового поколения

D-Wave Systems

Канадская компания D-Wave объявила о создании машины для квантового отжига на 5000 кубитах, который превосходит прошлое поколение устройств по размеру, количеству связей между кубитами и скорости работы. Пресс-релиз опубликован на сайте компании.

В то время как такие компании как Google, IBM и Rigetti пытаются построить полноценный квантовый компьютер, канадская компания D-Wave уже несколько десятилетий идет другим путем. D-Wave работает над созданием сверхпроводящих квантовых адиабатических вычислителей на основе квантового отжига — это устройства, которые могут решать только задачи оптимизации, но благодаря квантовому эффекту, туннелированию, потенциально они способны справиться с очень большими задачами, недоступными для классических устройств.

Суть квантового отжига состоит в том, что квантовая система при достаточно низкой температуре находится в своем основном состоянии с наименьшей энергией. Это наименьшая энергия определяется гамильтонианом (функцией энергии), который задается видом исследуемой функции — у этой функции и ищется минимум. Если изначально отжигатель находится в основном состоянии с неким начальным гамильтонианом, то плавно приводя гамильтониан к желаемому виду, вы все время остаетесь в основном состоянии. Этот эффект обеспечивается адиабатической теоремой. Таким образом, конечное состояние соответствует минимальной энергии конечного гамильтониана и является минимумом функции.

Перевод одного гамильтониана в другой осуществляет при помощи изменения магнитных полей, которые действуют на сверхпроводящие кубиты и на их связи с соседями. Чем больше кубитов и больше связей, тем больше контроля, и значит, можно решать более сложные задачи. Проблема современных устройств в том, что пока они слишком маленькие, чтобы конкурировать с классическими методами оптимизации. Прошлое поколение D-Wave 2000Q имело 2000 кубитов и каждый кубит был связан с шестью соседями, всего около 6000 связей. Такая топология очень сильно ограничивала размер задачи, которую можно решать на этом устройстве.

D-Wave Advatange

D-Wave Systems / 2020

D-Wave представили новое поколение квантовых адиабатических вычислителей D-Wave Advantage c 5000 кубитами, где каждый кубит связан с 15 соседями. Всего в такой машине более 35000 связей, что в 6 раз больше, чем в предыдущем поколении. Такая топология получила имя Pegasus и является важным инженерным достижением, которое может быть использовано и для универсальных квантовых компьютеров в будущем. Компания утверждает, что с помощью этой машины можно решить задачу с более чем миллионом переменных. 

Слева: топология D-Wave 2000Q прошлого поколения с 6 связями Справа: топология D-Wave Advantage с 15 связями у каждого кубита.

D-Wave / 2020

Ученые из D-Wave так же добавили классические методы пред и постобработки, которые ускорили процесс решения оптимизационных задач, на 64% по сравнению с прошлым поколением вычислителей.

Улучшение в скорости работы и в размере решаемой задачи по сравнению с предыдущем поколением машин D-Wave.

D-Wave / 2020

Влияние классических методов постобработки на размер решаемой задачи для компьютером прошлого поколения и D-Wave Advantage.

D-Wave / 2020

Компания D-Wave является лидером на рынке квантовых отжигателей, в 2017 году компания аннонсировала старт продаж своих машин. Подробнее о квантовом отжиге и о его превосходстве над классическими алгоритмами можно прочитать в интервью с Алексеем Устиновым, руководителем группы «Сверхпроводящие квантовые цепи» в Российском Квантовом Центре и МИСИС — «Взять и потрясти».

Михаил Перельштейн

наступила ли эра квантовых компьютеров

Фото Getty Images

Принес ли новый квантовый компьютер IBM долгожданную революцию в вычислительных системах?

В начале года IBM объявила о выпуске «первого интегрированного универсального коммерческого квантового компьютера» IBM Q System One. Можно ли сдавать в утиль традиционные вычислительные системы?

Корпорация и ранее предоставляла доступ всем желающим к своим квантовым системам, но они имели меньшую мощность. В Q System One 20 кубитов — элементарных вычислительных единиц, которых теоретически достаточно, чтобы работать со скоростью лучших современных суперкомпьютеров, занимающих сотни квадратных метров, хотя система IBM умещается в кубик со стороной 2,74 см.

Увы, радоваться рано. Некоторые скептики сомневаются, можно ли такой компьютер сделать в принципе, так как для работы универсального квантового компьютера необходимо изолировать систему от внешней среды, а сделать это очень и очень сложно, но необходимо для того, чтобы работали квантовые эффекты. И уж точно IBM не первая, кто представил на рынке «коммерческую квантовую систему» (именно так в официальном анонсе называлась модель Q System One).

Монетизация квантов

Проектирующая квантовые системы компания D-Wave появилась на рынке в 1999 году. Свое первое устройство компания представила в 2007 году, а «первую коммерчески доступную систему», то есть продукт, который могли покупать клиенты, в 2011-м.

Несмотря на впечатляющий список коммерческих и математических достижений D-Wave, с 2007 года не утихают споры, является ли система D-Wave квантовой, дает ли она существенный прирост в скорости, есть ли в нем квантовая запутанность. Например, в 2014 году IBM поставила под сомнение факт, что D-Wave использует квантовые эффекты.

Как бы то ни было, системы D-Wave успешно продаются. Среди клиентов Google, Volkswagen, NASA и другие компании и научные центры. На сегодня самая современная система содержит 2000 кубит, на ней удалось разложить на простые множители число 376 289, что на порядок больше, чем у конкурентов.

Правда, у системы IBM есть кардинальное преимущество перед D-Wave: это квантовый компьютер, а не адиабатический или квантовый вычислитель. Разница не только в словах. Квантовый вычислитель может решать только одну задачу — поиск минимума заданной функции. Он может делать это очень хорошо и потенциально быстрее любого суперкомпьютера стандартной архитектуры. Если такая функция нужна, система становится ценной. Но если ее нельзя применить, она остается учебным пособием.

Квантовый же компьютер можно приспособить для решения любых задач. Например, мечта и боль всех криптографов — разложить число на множители по алгоритму Шора: это открывает путь для быстрого и эффективного декодирования шифров. Для классических алгоритмов это столь сложная задача, что существующим суперкомпьютерам потребуются как минимум годы на вскрытие существующих шифров. Идеальный квантовый компьютер потенциально может это сделать за короткое время. Но речь идет о «сферическом коне в вакууме»: реальные устройства сталкиваются со множеством трудностей в проявлении своих способностей.

Как они работают

Теоретически квантовый компьютер может работать на порядки, в миллиарды раз, быстрее традиционных полупроводниковых. Происходит это за счет того, что квантовый компьютер оперирует не обычными битами, а квантовыми битами или кубитами, причем в особом состоянии, называемом квантовой запутанностью.

Бит, ячейка традиционной системы, имеет состояние ноль либо единица. Кубит имеет сразу состояние ноль и единица, а важнейший параметр (и это самое главное отличие) — вероятность нахождения кубита в состоянии ноль или единица.

Каждый бит в классическим компьютере может нести информацию только сам по себе, в то время как в квантовом компьютере кубиты могут объединяться и находиться в состоянии квантовой запутанности, позволяющей экспоненциально увеличивать их вычислительную мощность. В прошлом году было показано, при каких условиях квантовые системы обгоняют классические.

Когда кубиты находятся в запутанном состоянии, то трех достаточно, чтобы сделать столько же вычислений, сколько с помощью 8-битовой системы. Вообще для того, чтобы сравнить количество сохраняемой информации в квантовом компьютере с обычным, можно воспользоваться формулой: n кубитов = 2 в степени n обычных битов. Например, 3 кубита — 8 битов, 10 кубитов — 1024 бита, 100 кубитов — число с 30 нулями, что соответствовало бы классическому полупроводниковому компьютеру размером с Луну. Традиционные суперкомпьютеры не способны управляться с таким объемом информации: это в 7 млн раз больше, чем будет всего данных на Земле к 2024 году. Отметим, однако, что сравнивать «в лоб» быстродействие классического и квантового компьютера некорректно: эти машины используют принципиально разные алгоритмы, и именно от эффективности конкретного алгоритма зависит скорость того или иного вычисления. 

Главное преимущество квантовых компьютеров — одновременная обработка всех нулей и единиц. Теоретически это позволяет решить любую задачу. Но, чтобы информация кодировалась и обрабатывалась в связях между кубитами, каждый из них должен находиться в состоянии квантовой запутанности, а все вместе они должны находиться в так называемом когерентном состоянии. Таким образом, когерентное состояние — одно из главных требований квантовых вычислений. И одна из самых сложных инженерных задач — сохранение когерентности. Как с этим дела у IBM и других разработчиков систем?

Что они умеют

Наиболее перспективные направления использования квантовых компьютеров: новые материалы и моделирование молекул, квантовая криптография, задачи логистики. По состоянию на сегодня прогресс в них невелик.

В области химии использование квантовых компьютеров позволило бы моделировать новые вещества и материалы (лекарства с заданными характеристиками, метаматериалы, обладающие необычными свойствами, например невидимостью в различных спектрах, и т. д.).

В марте 2018 года IBM сообщила, что самая сложная молекула, которую компании удалось смоделировать на квантовом компьютере, — гидрид бериллия Beh3, то есть вещество, у которого всего три атома. Для сравнения: фармацевтические компании работают с молекулами, в которых содержится от 50 до 80 атомов. Для того чтобы моделировать взаимодействие лекарств с клетками организмов, нужно моделировать поведение тысяч атомов.

В криптографии — области, с которой начались вливания средств в исследования, — существуют два основных алгоритма, которые гипотетически позволяют вскрывать классические шифры, такие как RSA, используемый, например, в шифровании банковских транзакций. Это алгоритм Шора, который может работать на универсальных квантовых компьютерах, таких как предлагают рынку IBM и Google, и алгоритм на базе квантового отжига, который работает на D-Wave. Считается, что современный алгоритм шифрования RSA с кодированием 1000-битовым ключом невозможно взломать за обозримое время с помощью подбора на традиционных суперкомпьютерах. Идеальный квантовый компьютер с парой тысяч кубитов взломал бы шифр за короткое время. Однако вернемся в реальность. 

Из-за влияния внешней среды на кубиты когеренция между ними нарушается за миллисекунды — вычисления происходят с ошибками. В результате для взлома шифра RSA, содержащего 1000 бит, при достигнутых в современных устройствах временах когеренции алгоритму Шора требуется система, содержащая от 5 до 100 млн кубитов. На сегодняшний день максимальное количество кубитов на универсальном квантовом компьютере составляет 50 у IBM и 72 у Google. Прогресс таков, что на простые множители удалось разложить число 56 153. Это число в двоичной системе содержит 16 битов. Криптографы пока могут спать спокойно.

Наибольшую выгоду от квантовых компьютеров получили бы компании, чей бизнес строится вокруг искусственного интеллекта и машинного обучения. Оказалось, что эти алгоритмы менее требовательны к точности, а вот скорость — критически важная составляющая для того, чтобы быстро предложить вам оптимальный маршрут по загруженному городу или подобрать товар, который вы положите следующим в корзину. Тут намечается прогресс: например, Google реализовал алгоритм поиска общих точек на двух изображениях. Но и в этом случае до промышленного использования квантовых систем пока далеко.

Итоги

IBM построила квантовый компьютер, который все еще несет в себе все возможные ограничения: кубиты не рекордно стабильны, а их самих не рекордное количество. Но зато это полноценный квантовый компьютер, на котором можно разложить шестизначное число на простые множители и проводить другие экспериментальные вычисления при помощи хорошо известных ученым-«датасайентистам» средств.

Можно сравнить современные квантовые компьютеры с ракетными технологиями 1940-х годов: большие создают много шума, в том числе в массовом сознании (вспомним немецкие «Фау-2»), но слишком неточные и неэффективные, чтобы приносить ощутимый эффект. Мало кто в 1940-х осознавал, что ракетам потребуется меньше 15 лет, чтобы выйти в космос. Можно ожидать, что примерно столько же времени понадобится, чтобы квантовые компьютеры из их сегодняшнего состояния «тренировочных игрушек для ученых», как их охарактеризовал главный конструктор компании D-Wave, превратились в эффективные рабочие инструменты.

Эта статья написана при участии руководителя группы «Квантовые симуляторы и интегрированная фотоника» Российского Квантового Центра Алексея Акимова.

Практическое руководство по D-Wave 2000Q: крутая кривая обучения квантовым вычислениям

Увеличить / Алгоритмы, непростая работа.

Примечание редактора: Я понимаю, что неправильно вычисляю брэгговское пропускание ни в классическом, ни в квантовом случае; тем не менее, он достаточно близок, чтобы получить представление о различиях между программированием классического и квантового компьютера.

Время: неопределенное 2018 г. Местоположение: немного дряхлый канал Slack.

«Вы знаете Python?»

Вопросы Джона Тиммера, правителя науки Ars Technica, иногда бывают неожиданными. Если бы Slack мог осторожно наполнять буквы, мое «Да» капало бы вместе с ним.

Оказывается, D-Wave представила миру свой квантовый оптимизатор (компания только что анонсировала новую версию) через интерфейс прикладного программирования (API). Ars был приглашен попробовать, но вам нужно было немного знать Python. Я был готов к этому.

Я предполагал, что D-Wave создаст какой-то фантастический API, который мог бы взять мой код торговой марки, который заставляет кодеров плакать, и превращать его в строки, готовые к квантовому оптимизатору. Увы, когда я получил квантовый оптимизатор, все было не так. Я быстро погрузился в документацию, пытаясь понять, что именно я должен был делать.

Я думаю, что пресс-секретарь D-Wave имел в виду кого-то, кто знал достаточно, чтобы иметь возможность запускать заранее написанные примеры. Но я упрямый.Я придумал три или четыре возможных проблемы, которые хотел проверить. Я хотел узнать: смогу ли я освоить процесс решения этих проблем на компьютере D-Wave? Насколько легко сделать концептуальный скачок от классического программирования к работе с квантовым отжигателем? Подходили ли вообще какие-либо мои проблемы для машины?

Чтобы дать ошеломляющий вывод, ответы таковы: может быть, не совсем «мастер», сложно и # не все проблемы.

Выбираем что-то, чтобы кодировать

Независимо от того, что вы можете думать обо мне, а можете и не думать, я то, что вы можете назвать практическим программистом.По сути, любой опытный программист вздрогнет (и, вполне возможно, совершит убийство) при виде моего Python.

Но я могу придумывать проблемы, для решения которых требуется код. Я хочу, например, что-то, что вычисляет электрические поля, создаваемые набором электродов. То, что находит основное состояние атома гелия. Или что-то, что рассчитывает рост интенсивности света при запуске лазера. Это те задачи, которые меня больше всего интересуют. Зайдя внутрь, я понятия не имел, может ли архитектура D-Wave решить эти проблемы.

Я выбрал две задачи, которые, по моему мнению, могут сработать: поиск элементов множества Мандельброта и вычисление контуров потенциала, обусловленных набором электродов. У них также было то преимущество, что я мог быстро решить, используя классический код для сравнения ответов. Но я быстро столкнулся с проблемой, пытаясь выяснить, как запустить их на машине D-Wave. Вам нужно кардинально изменить то, как вы думаете о проблемах, а я очень прямолинейный мыслитель.

Например, одна проблема, с которой я боролся, заключается в том, что вы действительно имеете дело с необработанными двоичными числами (даже если они выражены как кубиты, а не биты).Это означает, что фактически нет никаких типов. Почти весь мой опыт программирования связан с решением физических задач, основанных на легко доступных числовых типах с плавающей запятой.

Это заставляет вас думать о проблеме по-другому: ответ должен быть выражен в виде двоичного числа (предпочтительно истинного или ложного), в то время как вся физика (например, все числа с плавающей запятой) должна храниться в связке между кубитами. Я не мог, хоть убей, понять, как это сделать для любой из моих проблем.Погруженный в преподавание, я позволил проблеме закипеть (или, возможно, свернуться).

Примерно через шесть месяцев я наконец наткнулся на проблему, с которой я был знаком и которую я мог бы решить с помощью компьютера D-Wave. Пропускание света через решетку Брэгга можно описать как бинарную задачу: выходит фотон из фильтра или нет? Вся физика находится в соединении между кубитами, а ответ считывается из энергии раствора.

Брэгговская решетка

Одномерная брэгговская решетка представляет собой слоистый материал.Каждая граница раздела между двумя слоями отражает небольшое количество света. Полная передача через всю структуру определяется расстоянием между интерфейсами. Чтобы получить свет, нам нужно, чтобы волны от разных интерфейсов складывались по фазе. Спектр пропускания идеальной брэгговской решетки с 50 слоями с коэффициентом отражения 0,1% на границах раздела показан ниже.

Увеличить / Количество света, проходящего через фильтр Брэгга. Может пройти только очень небольшой диапазон длин волн; остальные поглощаются или отражаются.

Крис Ли

Вот код для генерации данных для этого графика.

 ld = np.linspace (ld_center-3e-9, ld_center + 3e-9, num_ld)
k = 2 * np.pi / ld
T = np.ones (ld.shape)
для j в диапазоне (num_layers):
    Т = Т * (1-А) * np.cos (j * k * layer_sep) ** 2
 

Здесь мы явно вычисляем относительный вклад каждого интерфейса в виде оптической мощности, которую он будет вносить в следующий интерфейс. Конструктивная и деструктивная интерференция учитывается путем уменьшения или увеличения вклада границы раздела в зависимости от того, насколько близко расстояние между слоями составляет половину длины волны.

Это необходимый прием, потому что связи между кубитами представляют собой только вещественные числа, а не комплексные числа (физику лучше всего выразить как комплексное число, которое содержит амплитуду и фазу света). Тем не менее, вывод классического кода «выглядит» приблизительно правильно — отсутствие боковых полос вызывает беспокойство и показывает, что модель неполная, но это пока не важно.

Недостаток модели в классическом коде — отсутствие теста на непротиворечивость.Я рассчитал результат, основываясь на предположении о том, как волна будет распространяться. Даже если это предположение неверно, результат вычислений будет таким же — хотя уравнения основаны на физике, в коде нет возможности гарантировать, что они понимают физику правильно.

.

D-Wave представляет высокопроизводительный процессор Quantum 2000Q

Процессор квантового отжига D-Wave 2000Q. (Изображение предоставлено: D-Wave)

D-Wave сегодня представила новый процессор для квантовых вычислений. Обладая более низким уровнем шума (шум в квантовых вычислениях также известен как квантовая декогеренция или частота ошибок), процессор D-Wave 2000Q может похвастаться в 25 раз большей производительностью, чем его предшественник. Он использует преимущества новой и улучшенной платформы квантовых вычислений D-Wave, анонсированной ранее в этом году и доступной уже сейчас.

Новый квантовый чип с меньшим шумом

В феврале D-Wave анонсировала новую платформу квантового отжига с новой топологией кубитов, меньшим шумом, большим количеством кубитов (для будущих квантовых компьютеров D-Wave), а также гибридное программное обеспечение и инструменты, которые компания заявила, что поставит их к середине 2020 года.

Во время разработки новой платформы D-Wave также модернизировала свой существующий квантовый компьютер 2000Q, добавив кубитную среду с низким уровнем шума. Компания показала, что новые и улучшенные квантовые компьютеры могут иметь до 25 раз более высокую производительность в определенных приложениях, как было представлено в прошлом году в исследовательской статье.Исследование показало, что различные материалы могут обеспечить более низкий уровень шума для квантовых компьютеров. Квантовый компьютер более точен / быстрее, когда у него наименьшая возможная частота ошибок (или шума) плюс большое количество кубитов.

Алан Барац, исполнительный вице-президент и главный директор по продуктам компании D-Wave, сказал в своем заявлении:

«Наш подход очень практичен: постоянно давайте последние инновации в руки наших пользователей, чтобы они могли учиться и экспериментировать. поскольку они работают над созданием квантовых приложений.Технология с низким уровнем шума демонстрирует, куда мы движемся и почему наши клиенты взволнованы — от новых результатов ускорения работы в конкретных приложениях до возможности для пользователей попробовать это самостоятельно, снижение шума является важной постоянной областью внимания D- Размахивая, мы создаем платформу следующего поколения ».

Доступность

Компания D-Wave сообщила, что ее клиенты разработали более 150 квантовых приложений для квантового компьютера D-Wave в таких областях, как планирование авиаперевозок, моделирование выборов, квантово-химическое моделирование, автомобильный дизайн, профилактическое здравоохранение и логистика.Некоторые также разработали новые инструменты для улучшения процесса разработки приложений.

Компания сделает новый квантовый компьютер 2000Q с низким уровнем шума, доступный через свой квантовый облачный сервис Leap.

Более старая версия будет по-прежнему доступна через Leap, чтобы разработчики могли сами сравнить и увидеть разницу в производительности между двумя процессорами.

.

D-Wave 2000Q теперь в 150 раз быстрее для решения некоторых типов проблем

D-Wave, канадская компания, занимающаяся квантовыми вычислениями, объявила, что ее последний компьютер для квантового отжига, D-Wave 2000Q, получил значительный прирост скорости для решения некоторых типов проблем, которые можно решить с помощью «обратного отжига». Система также получила поддержку «виртуальных графов», которые должны повысить производительность алгоритмов машинного обучения.

Обратный отжиг

Компьютер квантового отжига D-Wave должен быть наиболее эффективным при решении «задач оптимизации», таких как задача коммивояжера, когда продавец хочет знать, какой кратчайший путь можно использовать, чтобы посетить все свои перспективы.Volkswagen, например, смог использовать компьютер D-Wave для оптимизации транспортного потока для 10 000 такси в Пекине.

Процесс обратного отжига, с другой стороны, позволяет вам решить набор проблем, для которых вы уже можете угадать результат или у вас есть предсказанное решение на основе предыдущего квантового или классического вычисления. Используя обратный отжиг, исследователи наблюдали 150-кратное ускорение по сравнению с нынешней системой D-Wave 2000Q.

Компания Google, которая приобрела для себя компьютер D-Wave 2000Q, кажется, очень довольна новой функцией:

«Мы рады возможности обратного отжига в системе D-Wave 2000Q.Мы разработали новый алгоритм для квантовой оптимизации, называемый параллельным темперированием с квантовой поддержкой, который зависит от способности запустить систему в классическом состоянии и затем увеличить квантовые флуктуации », — сказал Хартмут Невен, технический директор Google возглавляет Лабораторию квантового искусственного интеллекта.

Виртуальные графы

Многие алгоритмы машинного обучения описываются как задачи с графами. Согласно D-Wave, графические модели используются для анализа потока трафика между городами или передачи информации между «нейронами» в искусственной нейронной сети.

Функция виртуального графа, которая теперь поддерживается системой 2000Q, повышает точность, позволяя управлять группами кубитов для моделирования узла или связи в сложном графе. Компания заявила, что эта функция привела к 5-кратному увеличению успешности решения распространенных сложных задач оптимизации и моделей машинного обучения.

Доступность функции виртуального графа означает, что растущее число инструментов, которые теперь поддерживают D-Wave Quantum Processing Unit (QPU), также стали более полезными для разработчиков, поскольку они могут решать более сложные проблемы с увеличением производительности до 5 раз.

.

D-Wave запускает компьютер для квантового отжига на 2000 кубитов и объявляет о первом покупателе

Осенью прошлого года D-Wave анонсировала свой новый компьютер с квантовым отжигом на 2000 кубитов, который был до 1000 раз быстрее, чем его предыдущий компьютер на 1000 кубитов. Компания официально выпустила новый компьютер, а также объявила о своем первом заказчике, Temporal Defense Systems, компании, занимающейся кибербезопасностью, которая пытается использовать квантовые вычисления для улучшения своих решений безопасности.

«Объединенная мощь квантового киберрешения TDS / D-Wave произведет революцию в области безопасных коммуникаций, защитит от внутренних угроз и поможет в выявлении кибер-злоумышленников и моделей атак», — сказал Джеймс Баррелл, технический директор TDS и бывший сотрудник ФБР. Заместитель помощника директора.«Сочетание уникальных вычислительных возможностей квантового компьютера с самыми передовыми технологиями кибербезопасности обеспечит высочайший уровень безопасности, сосредоточенный как на предотвращении, так и на атрибуции кибератак», — пояснил он.

Quantum Annealing

D-Wave столкнулся с много критики со стороны сообщества квантовых исследователей, главным образом потому, что другие исследователи не верили, что квантовый компьютер отжига D-Wave будет столь же полезным, как заявляла компания.

В отличие от универсальных квантовых компьютеров, которые сами по себе будут предлагать только некоторые специализированные формы Что касается вычислений, то квантовые вычисления с отжигом — еще более специализированная форма вычислений.Если универсальный квантовый компьютер больше похож на ЦП или даже на графический процессор, то компьютер с квантовым отжигом больше похож на ASIC, который в основном должен быть в состоянии решать только задачи квантового отжига (оптимизации). Команда D-Wave подготовила шестиминутное видео, чтобы объяснить, что такое квантовый отжиг:

По словам команды D-Wave, квантовый отжиг может быть полезен для решения задач машинного обучения. Таким образом, даже если компьютер компании представляет собой «пони для одного уловки», это одна уловка, которая может сделать D-Wave очень ценным, если он сможет предложить гораздо более высокую производительность для задач машинного обучения.

Машинное обучение — это также проблемы оптимизации и решения данной задачи с помощью вероятностей, поэтому квантовые вычисления отжига D-Wave могут подойти. Однако кому-то все равно придется написать эти алгоритмы машинного обучения для D-Wave, чтобы воспользоваться преимуществами их, чтобы компьютер был полезен.

D-Wave 2000Q

С момента официального запуска в 2007 году D-Wave удваивала количество кубитов примерно каждые два года. Это звучит похоже на закон Мура для классических компьютеров, за исключением того, что из-за характера работы кубитов квантовые компьютеры получают гораздо больше, чем удвоение производительности.

По данным компании, новый D-Wave 2000Q в 1000 раз быстрее, чем предыдущее поколение на 1000 кубитов, выпущенное в 2015 году. С таким экспоненциальным увеличением производительности квантовые компьютеры всех типов могут стать практичными и полезными раньше. долго, даже если они еще не достигли этой точки.

«Используя задачи тестирования, которые являются одновременно сложными и актуальными для реальных приложений, система D-Wave 2000Q превзошла узкоспециализированные алгоритмы, работающие на современных классических серверах, в 1000–10 000 раз.Тесты включали проблемы оптимизации и проблемы выборки, относящиеся к приложениям машинного обучения », — говорится в сообщении компании.

D-wave взяла узкоспециализированные алгоритмы оптимизации для классических компьютеров и разработала реализации для своих собственных «квантовых процессоров» (QPU). Его QPU на 2000 кубитов был до 10 000 раз быстрее, чем одноядерный процессор в сочетании с графическим процессором на 2500 графических ядер. Он также был в 100 раз более эффективным с точки зрения производительности / ватт по сравнению с классической реализацией одного алгоритма на базе графического процессора.

Важно отметить, что компьютер D-Wave по-прежнему стоит миллионы долларов (15 миллионов долларов, если быть точным), в то время как одноядерный классический компьютер с графическим процессором на 2500 ядер будет стоить самое большее несколько тысяч долларов.

Таким образом, мы по-прежнему говорим о коэффициенте примерно 10 000: 1 в пересчете на сумму в долларах / приобретенный компьютер, даже не говоря о гораздо большей сложности реализации алгоритма для компьютера D-Wave по сравнению с выполнением этого на компьютере. более традиционный компьютер.

Тем не менее, мы приближаемся к тому моменту, когда компьютер D-Wave может просто стоить того для определенных компаний, хотя бы в исследовательских целях и для того, чтобы оставаться на шаг впереди конкурентов. Через пару поколений QPU D-Wave могут стать легкой задачей для компаний, которым нужны эффективные вычисления с помощью машинного обучения, если компьютеры D-Wave будут совершенствоваться такими темпами.

Глядя на будущую дорожную карту для компьютеров с квантовым отжигом D-Wave, Джереми Хилтон, старший вице-президент по системам D-Wave, сказал следующее:

«Квантовый компьютер D-Wave 2000Q делает шаг вперед с более крупная, более мощная в вычислительном отношении и программируемая система, и это важный шаг к более универсальным квантовым вычислениям », — сказал Хилтон.«В будущем мы продолжим повышать производительность наших квантовых компьютеров, добавляя больше кубитов, более широкие связи между кубитами, больше функций управления; за счет снижения шума; и предоставляя более эффективное и простое в использовании программное обеспечение », — добавил он.

.