Loading

D-Wave: быть или не быть квантовым компьютерам?

Создано 25.10.2013 17:23
Автор: Евгений

D-Wave: быть или не быть квантовым компьютерам?
Теоретически квантовые компьютеры могут выполнять вычисления гораздо быстрее, чем их классические аналоги, решая при этом невероятно сложные задачи. Во время работы такие машины хранят информацию в квантовых битах, или кубитах.
Биты обычного компьютера в один момент времени могут пребывать в состоянии «включено» или «выключено». Они существуют внутри обычных электронных схем, которые делаются по принципам классической физики, сформулированным еще в 19 веке. А вот кубит может создаваться электроном или внутри сверхпроводящего контура. Следуя противоречивой логике квантовой механики, он может действовать так, будто в одно и то же время пребывает в состоянии и «включено», и «выключено». Кроме того, он может оказаться в тесной взаимосвязи с состоянием соседних кубитов, и эта ситуация называется переплетением. Это два необычных свойства из целого ряда явлений, позволяющих квантовым компьютерам одновременно испытывать множество решений одной задачи.

Но на практике физическим квантовым компьютером крайне сложно управлять. Переплетение – это деликатная ситуация, которую очень легко нарушить внешним воздействием. Добавьте больше кубитов для наращивания вычислительных способностей устройства – и переплетение станет все сложнее поддерживать.
Вместо того чтобы обеспечивать равновесие все большего количества кубитов, компания «D-WaveSystems» посвятила свои изыскания иному типу квантового компьютера, в котором переплетения не играют такой решающей роли. Специалисты компании нацелены на создание адиабатического компьютера, в котором кубиты начинают существование в простом, низкоэнергетическом состоянии и медленно подводятся к состоянию, которое предоставляет наилучшее из возможных решений. Это дало компании возможность внедрить 512 кубитов в свою существующую модель D-WaveTwo.
Устройство использует ограниченную форму адиабатического вычисления под названием «квантовый отжиг», в котором кубиты существуют в помехах или случайных электрических колебаниях, способных нарушить их деликатное состояние, объясняет Даниэль Лидар, контролирующий использование устройства D-WaveTwo в Университете Южной Калифорнии, США.
Компьютер, использующий квантовый отжиг, можно сравнить с исследователем, ищущим самую низкую точку в ландшафте гор и долин. «Думайте о высоте ландшафта, как об энергии задачи, которую мы пытаемся решить, - предлагает Даниэль Лидар. – Как только мы минимизируем энергию, мы решим задачу, то есть, как бы прибудем в самую глубокую долину».
Обычному исследователю пришлось бы обходить территорию в одиночку, что заняло бы много времени. Но квантовая экспедиция может осмотреть весь ландшафт при помощи одновременно множества путешественников. «У вас есть много копий ландшафта и много случайных путешественников, совершающих походы одновременно, но за счет лишь одного из них», - рассказывает Лидар.D-Wave: быть или не быть квантовым компьютерам?
Квантовый отжиг – это один из методов решения задач на оптимизацию, в которых нужно найти наилучшее из всех возможных решений, таких как определение наиболее эффективного пути среди множества направлений для путешествий. Решая задачу на оптимизацию, D-Wave использует квантовый отжиг для поиска наилучшего решения.
В попытке применить адиабатический алгоритм к практической проблеме исследователи в сотрудничестве с компьютером D-Wave использовали этот метод для подсчета чисел Рамсея.Эти числа указывают, когда в беспорядочной системе появится порядок. Например, они рассчитывают, сколько людей нужно пригласить на вечеринку, чтобы хотя б некоторые гости оказались взаимными друзьями.
Ученые преобразовали расчет чисел Рамсея в задачу на оптимизацию и попробовали ее решить при помощи 84 кубитов 128-кубитного устройства D-Wave. Компьютер вернул правильные значения для двух известных чисел Рамсея. В будущем алгоритм сможет также рассчитать неизвестные числа Рамсея, используя большее количество кубитов.
«Мы просто пытались получить доказательство принципа алгоритма и испытать его на аппаратном обеспечении, - отмечает автор исследования Фрэнк Гайтан из Университета штата Мэриленд, США. –Может быть, позже, с увеличением чипов, мы сможем получить новое число Рамсея, но на данном этапе это нереально».
Хотя работа свидетельствует, что D-Wave действительно может решать этот тип задач, остается недоказанным, что машина использовала для этого квантовые методы.
Ученые подвергали сомнению квантовые свойства компьютера D-Wave еще с тех пор, как компания в 2004 году впервые заявила об изобретении устройства. И спор продолжается как в режиме он-лайн в блогах и форумах, так и в научных журналах.
Одна сторона утверждает, что в системе D-Wave слишком много шума, который мешает устойчивому переплетению. Но в адиабатическом устройстве определенные типы переплетения не настолько важны, как в традиционных моделях квантовых компьютерах.
Некоторые исследователи пытаются решить проблему, доказывая наличие или отсутствие переплетения. Демонстрация его отсутствия станет концом обсуждения. С другой стороны, если какие-то кубиты в устройстве и переплетены, это не означает, что компьютер использует такое состояние.
Другой способ доказать квантовые свойства D-Wave – это подтвердить, что машина действительно выполняет квантовый, а не классический отжиг. По этому поводу Лидар опубликовал работу, но она вызвала бурное обсуждение, которое продолжается до сих пор.
Даже высокоскоростные вычисления компьютера D-Wave не служат доказательством квантовых свойств. Один исследователь все же выявил, что машинапроизводит вычисления в 3600 раз быстрее обычного устройства. Однако классические алгоритмы значительно уменьшили масштабы этого ускорения.
«Мы считаем, что компьютер однозначно квантовый, - утверждает Колин Уильямс, ученый компании, выполняющий обязанности директора по вопросам развития бизнеса и стратегического сотрудничества. – Мы понемногу наращиваем количество доказательств квантовых свойств устройства».

Источник: Livescience

Комментарии: