supercomp

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.

d_1

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.

d_2

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.

d_3

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.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: