Kako mjeriti kvantne performanse? Atos kaže – Q-score

Iako se u zadnjih desetak godina iz teoretske domene pojavio i određeni broj, ne preveliki, broj kvantnih računala koja se mogu stvarno koristiti, nije postojao jedinstveni test koji bi usporedio njihove performanse. Francuski Atos tvrdi da je tome došao kraj

Drago Galić srijeda, 9. prosinca 2020. u 06:00

Francuski informatički div Atos, koji broji preko 11.000 zaposlenih u preko 70 zemalja svijeta, objavio je da je razvio posve besplatni i platformski neovisan Q-score, test performansi kvantnih računala koji mjeri njihove stvarne performanse u rješavanju stvarnih kvantnih zadataka, apstrahirajući različite arhitekture i paradigme koje koriste, svaki različite, za ostvarenje kvantnog računala.

Kao što znamo, IBM-ova ili D-Waveova kvantna računala primjerice, koriste bitno različit pristup problemu skladištenja i obrade kubita, osnovne kompjutacijske jedinice kvantnog računala, pa je i usporedba performansi različitih platformi vrlo teška. Dok neki tvrde za su njihova kvantna računala izuzetno brza ili najbrža u rješavanju operacija s relativno malim brojem kubita, D-Wave tvrdi da njihova varijanta kvantnog računalstva s velikim broje kubita, ali i složenim postupkom priređivanja problema na klasičnom računalu da bi mogao biti rješen na njihovom kvantnom računalu, daje najbolje rezultate.

Posljedica svega je da su rezultati i tvrdnje koje daju različiti timovi o svojim različitim arhitekturama praktički neusporedivi.

Atosov Q-score, tvrde, mjeri stvarnu performansu kvantnih procesora prilikom rješavanja problema optimizacije. Kako bi pružio referentni okvir za usporedbu rezultata učinkovitosti i zadržao ujednačenost, Q-score se oslanja na standardni problem kombinatorne optimizacije koji je isti za sve procjene, problem Max-Cut. Rezultat se izračunava na temelju maksimalnog broja varijabli unutar takvog problema koji kvantna tehnologija može optimizirati (primjer: 23 varijable = 23 Q-scorea ili Q-ova).

Besplatan softverski komplet koji omogućuje pokretanje Q-scorea na bilo kojem procesoru bit će dostupan u prvom tromjesečju 2021. godine.

Atos tvrdi da je zahvaljujući svom simulatoru kvantnih računala (Atos QLM - https://atos.net/en/solutions/quantum-learning-machine) Atos već sada u mogućnosti izračunati procjene Q-scorea za različite platforme, na osnovu javno objavljenih podataka koje daju proizvođači.

Trenutno je, kažu, prosječni procijenjeni Q-score oko 15, ali kako kvantno računala sve brže napreduju, jako brzo i raste – prošlogodišnji je bio 10, a za manje od godine očekuju da će prosječni Q-score biti 20.

U čemu je prednost i problem kvantnog računalstva? U samim nosiocima kvantnih informacija, kubitima, koji imaju posebne kvantne karakteristike pa, dok ih ne očitamo, nemaju zapravo niti jedno diskretno stanje – 0 ili 1, već sva moguća stanja od 0 do 1. Zanimljivost vezana uz kubite je da diskretno stanje po očitavanju (rješavanju problema) zauzimaju trenutno, odnosno samim čitanje stanja kubita dobili smo rješenje, pa je pitanje gigaherca i teraherca kao brzine obrade podataka u ovom kontekstu besmisleno.

Međutim, kubiti i kvantna računala, koliko je do sada jasno, ne mogu se koristiti za svakodnevne izračune, odnosno, korisna su samo za manji skup teško rješivih problema koji zahtijevaju veliku paralelizaciju koju niti današnji procesori klasični ne mogu isporučiti, a k tome je i te probleme potrebno pretvoriti u kvantno obradiv format.

Dodatni problem kubita je takozvana kvantna dekoherencija, odnosno prelazak iz neodređenog kvantnog stanja u diskretno stanje (vrijednost) zbog miješanja s okolinom. U pravilu, niskim temperaturama (bliskim apsolutnoj nuli), vakuumom, izolacijom od vanjskih vibracija kvantni bitovi – kubiti, pokušavaju se izdvojiti iz nekvantnog svijeta u kojem jesmo, čime dobivaju svoja „magična“, odnosno kvantna svojstva.

Zbog toga je istovremeno i teško dobiti stabilne kubite koji neće mimo naše želje imati interakciju s energijom i materijom iz okoline, te samim time biti „očitani“ kad ne želimo, kao što je i teško napraviti takve kvantne procesore i memorije koje su jednako otporne na vanjske utjecaje kao klasični računalni procesori i memorije.