Квантовые вычисления — одно из самых сложных направлений современной информационной индустрии, которое может однажды принципиально поменять возможности вычислительных машин и то, как мы воспринимаем понятие «компьютер». Пока что это лишь футуристические слова, однако человечество понемногу подбирается к их реализации. На острие этих изменений находится канадская компания D-Wave, которая сегодня представила для коммерческой эксплуатации новый квантовый суперкомпьютер стоимостью $15 млн. Рассказываем, что это за устройство, почему оно стоит таких астрономических денег и вызывает много скептицизма.
Читай также: Когда мы заговорим с искусственным интеллектом
Первое, что нужно знать про D-Wave 2000Q — первый экземпляр этого устройства уже приобретен. Заказчиком выступила компания TDS (Temporal Defense Systems), которая специализируется на вопросах кибербезопаности. И очевидно, может раскошелиться на «системник» по цене частного самолета. Впрочем, сама компания-производитель сделала многое, чтобы выставить вложение выгодным для покупателя, заявив о приросте вычислительной мощности в тысячу раз по сравнению с предыдущей моделью. Еще более впечатляющим выглядит сравнение со стандартными серверными кластерами — их D-Wave обещает обогнать примерно в 1000-10 000 раз по производительности. Для тех, кто не имеет в кармане лишних $15 млн на покупку такого устройства компания намерена запустить специальный онлайн-сервис по подписке, с помощью которого можно будет арендовать мощности устройства для конкретных вычислений — схожие услуги предоставляет IBM со своей разработкой Watson. Правда, «голубой гигант» обошелся без применения квантов.
Но вернемся к 2000Q. Внутри корпуса высотой около 3 м. и объемом 20 куб. м. находится уникальный квантовый чип. Его площадь сопоставима с человеческим ногтем, однако там размешается 2000 кубитов. Большинство оставшегося пространства используется сложной системы охлаждения и экранирования от внешних воздействий. Она использует сжиженный гелий для поддержания температуры на уровне 15 милликельвинов, что приблизительно равно -273 градусов по Цельсию в рабочей зоне чипа. В свою очередь, это создает необходимые условия для сверхроповодимости кубитов, которые сформированы из 128 тысяч джозефсоновских контактов. Что за танцы вокруг этих кубитов? Давайте разберемся.
Фактически D-Wave создали не классический квантовый компьютер, а вычислитель, пригодный для отдельного спектра задач. В основе его центрального процессора лежит использование квантовых битов. Эти логические элементы используют особый трюк, одновременно находясь в двух суперпозициях, единицы и нуля. Когда происходит измерение, это уникальное состояние разрушается в пользу одного из вариантов, а сама операция задается этой вероятностью. При этом в регулярных вычислениях квантовые компьютеры не могут обогнать классические — но как только дело доходит до задач со множеством вариантов преимущества «кубитовых» систем становятся очевидны. Кроме того, квантовые компьютеры смогут использовать феномен запутанности элементарных частиц — взаимосвязи двух простейших физических объектов, природа которой до сих пор остается невыясненной. Однако все это нельзя в полной мере использовать для описания D-Wave. Напомним, что это не универсальный квантовый компьютер, а вычислитель, оптимизированный для очень специфической категории задач. Более того, его исключительная сравнительная производительность обусловлена тем, что применяемый для использования кубитов алгоритм максимально неудобен для классических компьютеров.
Лучший сценарий работы с D-Wave — это оптимизация, за достижение которой отвечает алгоритм квантового отжига. Он отлично решает задачи, которые оперируют огромным количеством вариантов. Однако не позволяет точно убедиться, что все части процессора находятся в квантовом состоянии. Возможно, оно действует лишь на отдельных его частях. В любом случае и это еще не главная проблема. Мало того что созданная D-Wave машина не может считаться полноценно квантовым компьютером, она в то же время наследует главные его недостатки. В частности, это высокий уровень ошибок. Их можно устранить при классических вычислениях, но когда действует квантовое состояние, воздействия внешней среды (она провоцирует изменение состояний кубитов) практически невозможно избежать.
Многие ученые предполагают, что если человечеству все же удастся создать полностью квантовый компьютер, 99% его мощности пойдет на проверку ошибок. Но даже оставшейся производительности будет достаточно для решения задач. Впрочем, насчет современной инкарнации такого устройства у них тоже есть мысли: D-Wave последовательно критикуют за то, что она просто использует слабости классических систем. Однако это не мешает ей продавать свои устройства: ранее среди покупателей числились NASA и Google. Собственно, поисковой гигант и владеет компанией. И кто знает, возможно в будущем она станет его билетом в эру кванта.