Квантов компютър реши проблем, непосилен за класическите системи

Квантовите компютри D-Wave доказаха на практика своята ненадмината производителност
(снимка: D-Wave)

Квантов компютър D-Wave с 5000 кубита на едноименната канадска компания наистина работи – той реши непосилния за конвенционалните системи проблем за оптимизация на спиново стъкло. Експериментът е извършен съвместно с учени от Бостънския университет.

Екипът публикуваха статия в списание Nature, която убедително доказва практическата стойност на квантовите компютри. Комерсиалната система D-Wave Advantage с 5000 кубита осигури симулация на специално състояние на материята – спиново стъкло. За класическите компютри подобни задачи са непосилни, но квантовите системи се справят, отбелязва HPC Wire.

D-Wave произвежда специален клас квантови компютри. Кубитите в канадската система изобщо не са същите като тези в решенията на Google и IBM. По-голямата част от разработчиците се опитват да създадат многокубитови системи, в които квантовото заплитане се реализира, когато заплетените кубити имат една или друга квантова величина (характеристика) в едно и също състояние.

Докато кубитите са кохерентни (съгласувани), се извършват изчисления или по-точно симулации. Това е много крехко състояние и продължава няколко милисекунди. По този начин не могат да бъдат свързани много кубити. Днес системите на IBM имат между 20 и 50 кубита.

В началото на 2011 г. D-Wave представи 128-кубитова платформа, а днес компанията предлага 5000-кубитова система. Малцина ѝ вярваха, докато Lockheed Martin не закупи системата D-Wave през 2012 г. Година по-късно излезе първата статия, доказваща работата на квантовите платформи на D-Wave, а наскоро нейни системи купиха Google и НАСА.

В платформите D-Wave кохерентното състояние на кубитите се поддържа по различен начин, а именно с помощта на добре познатия феномен на квантово тунелиране. Вместо да задържи заплитането на кубитите, платформата D-Wave се привежда в състояние на кохерентно (съгласувано) възбуждане на всички кубити, след което се оставя в покой и кубитите естествено преминават в състояние на минимум енергия.

Първоначалното състояние на възбуждане е програмирано, следователно в състояние на постоянен покой (в процеса на т.нар. отгряване) крайното минимално енергийно (физическо) състояние на системата е готов отговор на задачата. Всъщност това е решение на проблемите с оптимизацията.

В едно скорошно изследване бостънските учени и експертите на D-Wave показаха, че производителността на 5000-кубитов квантов компютър Advantage е значително по-висока от тази на класическите системи при решаване на проблеми с оптимизацията на 3D спиново стъкло. Това е най-голямата програмируема квантова симулация, докладвана досега.

През септември миналата година подобни изчисления бяха извършени на 2000-кубитова система D-Wave. Повтарянето на експеримента в нов мащаб доказва възможността за привеждане на кохерентни процеси в разширени процеси при решаване на оптимизационни проблеми.

„Това изследване бележи значителен напредък за квантовата технология, тъй като демонстрира изчислително предимство пред класическите подходи за труден клас оптимизационни проблеми”, казва д-р Алън Барац, главен изпълнителен директор на D-Wave. По неговите думи, проведеният експеримент е най-доброто доказателство за ненадминатата производителност на квантовото отгряване.