Канадская компания D-wave анонсировала старт продаж своего нового квантового вычислителя и назвала первого покупателя системы. Первый 2000-кубитный D-Wave 2000Q получит компания Temporal Defense Systems Inc., специализирующаяся на кибербезопасности. Устройство продолжает линейку вычислителей компании, работающих по принципу квантового отжига — это узкоспециализированные процессоры, не предназначенные для исполнения традиционных квантовых алгоритмов (к примеру, алгоритма Шора для разложения чисел на простые множители). Среди их возможных применений называются различные задачи оптимизации, в частности, машинное обучение. Об этом сообщает пресс-релиз компании, а также The Verge.

В основе квантовых вычислителей лежит работа с квантовыми битами — логическими элементами, которые находятся одновременно в суперпозиции состояний «нуля» и «единицы». При измерении кубита происходит разрушение суперпозиции и с некоторой вероятностью выпадает одно из этих двух состояний. Операции над кубитами изменяют вероятность выпадения того или иного значения. В обычных компьютерных задачах (например, сложение чисел) квантовые системы не могут обойти классические, но ситуация меняется, когда в задаче требуется перебор огромного количества вариантов и оптимизация многокомпонентной системы. 

В отличие от битов классических компьютеров, кубиты квантовых вычислителей могут испытывать запутанность, а их коллективные состояния могут туннелировать через барьеры. Оказывается, это, вместе с существованием суперпозиции, может значительно ускорить вычисления. Первым квантовым алгоритмом, превзошедшим классические вычисления, стал алгоритм Шора разложения чисел на простые множители. Исполнение этого и многих других алгоритмов требует от вычислителя наличия определенного набора логических операций, которые могут выполняться над кубитами. Традиционно считается, что квантовый компьютер должен быть универсален и подходить для любых квантовых алгоритмов. На сегодняшний день универсальные квантовые компьютеры насчитывают всего пять кубитов (с возможностью масштабирования). 

Компания D-wave пошла по другому пути, нежели создание квантового компьютера. Физики решили создать вычислитель, способный очень хорошо решать строго определенную задачу — поиск минимального значения функции многих переменных. Она родственна задаче коммивояжера об оптимизации пути между несколькими городами. Для этого в устройствах D-wave используется алгоритм квантового отжига. Подробнее о нем и о его превосходстве над классическими алгоритмами можно прочитать в интервью с Алексеем Устиновым, руководителем группы «Сверхпроводящие квантовые цепи» в Российском квантовом центре — «Взять и потрясти».

Внешний вид D-Wave 2000Q. D-Wave

Первые компьютеры D-wave состояли всего из 16 кубитов. В 2015 году 1000-кубитные системы производства канадской компании закупили NASA и Google. На этой неделе, продолжая темпы увеличения количества кубитов в два раза каждые два года, компания представила 2000-кубитный компьютер. Интересно отметить, что сам процессор имеет размер не больше ногтя — большую часть трехметрового вычислителя занимает система охлаждения. В основе процессора лежат сверхпроводящие кубиты — свыше 128 тысяч джозефсоновских контактов. Для их надежной работы и поддержания когерентного состояния система охлаждается до температуры 15 милликельвин — «холоднее», чем в открытом космосе. 

Расположение квантового процессора D-Wave 2000Q. D-Wave

Специализированные тесты вычислителя, по словам компании, продемонстрировали его превосходство над классическими процессорами в 1000–10 000 раз, над 2500-ядерной видеокартой — в 100 раз. По данным The Verge, стоимость D-Wave 2000Q составляет около 15 миллионов долларов. Помимо возможности заказать устройство, компания предоставляет к нему удаленный доступ по подписке. 

В конце 2015 года компания Google сообщила о превосходстве вычислителей D-Wave над классическими компьютерами при решении некоторых задач. Устройства используя квантовые и классические алгоритмы искали глобальный минимум функции 945 булевых переменных (принимающих значения 0 или 1). По оценкам исследователей, квантовый отжиг справлялся с задачей в 100 миллионов раз быстрее. Однако эксперты отмечают, что задача была подобрана заведомо такой, что она простая для квантовых методов и сложная для классических — у функции было много локальных минимумов, между которыми можно было туннелировать. Тем не менее, работа показывает, что по меньшей мере часть процессора D-Wave, вероятно, находится в квантовом состоянии.

Автор: Владимир Королёв