Kvantno računalo - budućnost informatike?
14 Lis 2015
- Detalji
- Kategorija: Iz Hrvatske
- Kreirano: Utorak, 13 Listopad 2015 09:25
- Napisao/la Danijel Folnegović
- Hitovi: 14571
O kanadskoj tvrtki D-Wave pisali smo još prije šest godina kada su službeno predstavili svoj prvi kvantni 16-bitni procesor. Bilo je to u doba kada su u najopremljenijim labosima diljem svijeta znanstvenici imali problema s pohranom i manipuliranjem makar jednim ili dva kvantna bita (kubiti), pa je objava dočekana s poprilično skepse, a koja se donekle pokazala i opravdanom. Njihov kvantni procesor/računalo nije baš kvantno računalo u onom smislu u kojemu većina koristi taj termin, već se radi o takozvanom „adiabatskom kvantnom računalu“ kako ga neki zovu, a D-Wave već par godina koristi termin „quantum optimizer“, odnosno „kvantni optimizator“ umjesto ranijeg termina kvantno računalo.
U kvantnom računalu kakvim ga definira većina onih koji se bave tim problemom, kvantni bitovi (kubiti) se nalaze u superpoziciji što u kvantnoj terminologiji znači da im je stanje istodobno i nula i jedan. Tek se očitavanjem stanja dobiva rješenje za zadani problem. Kako se stanje kubita ne mijenja, za razliku od klasičnog računala, već se rješenje očitava na kraju operacije, u teoriji i praksi kvantno računalo je daleko brže od klasičnog računala i ovisno o problemu, brzina mu može biti „trenutna“, odnosno onolika koliko je potrebno vremena za očitavanje stanja bez obzira na kompleksnost problema koji se nalazi iza toga.
Teorija i praksa
U praksi, na žalost, dobiti „čisto“kvantno računalo nije nimalo jednostavno, čega su svjesni i u D-Waveu pa stoga oni koriste proces koji nazivaju „quantum annealing“, a koji ćemo mi prevesti kao kvantna obrada ili kvantno stapanje (da, znamo da „annealing“ u metalurgiji prevodimo kao „žarenje“, ali nam se o ovom kontekstu čini besmislen) dok netko ne ponudi bolji termin.
Proces koristi skup međusobno ovisnih bitova koji se spuštaju na najnižu energetsku razinu. Naime, D-Waveov procesor je ohlađen na temperaturu blisku apsolutnoj nuli kako šum iz okoline ne bi utjecao na kvantno stanje kubita. Nakon spuštanja energetskog stanja kubita, energija sustava se polako podiže dok se ne dobije rješenje izračuna. Ako se ovaj proces provodi dovoljno postupno, sustav ostaje u stacionarnom stanju tijekom cijelog procesa. Kad je proces dovršen, čitanje stanja kubita koji su sada u novom stacionarnom stanju, daje optimalno rješenje problema.
Iako intuitivno ovo nije lako za shvatiti, proces je optimiziran za davanje vrlo brzih rješenja, ali samo za specifične probleme koji k tome moraju biti broja kubita na D-Waveovom čipu (439 i 500+ kubita u slučaju čipova V5 i V6).
Također, ostaje problem termalnog zračenja iz okoline koje povremeno izbacuje kubite iz njihovog stacionarnog stanja, tako da svaki izračun treba ponoviti više puta te onda uzeti najčešće dobivenu vrijednost da bi se moglo pouzdano reći da se radi o točnom rezultatu.
Iz ovoga je vidljivo da ne treba očekivati navalu na kvantna računala već ovo ljeto.
Test
U konkretnom slučaju o kojem se ovdje govori, računalni stručnjaci sa dvaju američkih učilišta – Amherst Collegea i Sveučilišta Simon Fraser, odlučili su usporediti brzinu rješavanja problema na klasičnim računalima s rješavanjem na D-Waveovom kvantnom računalu čiji V5 procesor ima 439 aktivnih bitova, a netom izašli V6 „preko 500“, premda ne piše točno koliko.
Za testove su koristi optimizacijske probleme klase NP teških problema dobro poznatih u numeričkim metodama, a koji su opisani u njihovom radu ovdje (PDF). Čast klasičnog računalstva je branilo računalo sa sedam četverojezgrenih Xeona, a D-Waveov hardver je koristio dva četverojezgrena Xeona koji su zapravo sučelje prema njihovom čipu za kvantno stapanje (quantum annealing) koji ima bit za regulaciju tijeka struje čiji smjer određuje stanje kubita, a određuje se konačnim očitavanjem. Tijekom procesa kvantnog stapanja, smjer tijeka struje je u superpoziciji, a samo očitavanje ga postavlja u jedan od dva smjera.
Problem je bio broj kubita na čipu (V5) kojih je 439. Svaki problem s većim brojem opcija (ovdje se radilo o optimizaciji najkraćeg puta) bio je sporije riješen na D-Waveovom procesoru nego na klasičnom računalu. QUBO (quadratic unconstrained binary optimization) koji je bio mapiran direktno u kubite D-Waveovog procesora riješen je 3.600 puta brže na ovome čipu nego na klasičnom računalu. Korištenjem V6 čipa i 503-bitnog QUBO problema, rješenje na D-Waveovom procesoru bilo je čak 10.000 brže od onoga na klasičnom računalu.
Međutim, za druge probleme gdje je bilo potrebno uzimanje većeg broja uzoraka za pronalaženje lokalnih optimizacija, a gdje je broj kubita na D-Waveovom procesoru bio bitno manji od broja rješenja, klasično računalo je bilo i do pet puta brže.
Prema pisanju na ArsTechnici, snaga D-Waveovog računala se nalazi možda u traženju problema koji mu najviše odgovaraju jer u takvim aplikacijama jednostavno „gazi“ klasična računala. Međutim, tamo gdje problem nije optimiziran baš za D-Waveov procesor, sporo klasično računalo i dalje je brže od kvantnoga.
D-Wave V5 kvantni čip
izvor: http://www.bug.hr/vijesti/kvantno-racunalo-brze/123843.aspx
Comments powered by CComment