Novi kvantni procesor jači od sveg što postoji, ali ga još ne znamo iskoristiti

Kanadska tvrtka D-Wave koja postoji od 2007., a pratimo je od 2013. kada je izdala svoj prvi D-Wave kompjutor, sada je izbacila novu verziju svog kvantnog procesora, koji je osnova njihove verzije kvantnog računalstva

Drago Galić četvrtak, 1. listopada 2020. u 06:09

U ponedjeljak su iz kanadskog D-Wavea, trenutno jedine tvrtke na svijetu koja ima komercijalno dostupnu i funkcionalnu verziju kvantnog računala, objavili da su uspjeli napraviti novu verziju svog kvantnog procesora s 5.000 aktivnih kubita. Prethodna verzija procesora imala ih je 2.000, a ona prva koja se nalazila D-Wave One računalu, njih 512.
U usporedbi s drugim kvantnim računalima današnjice koja koriste posve drugi pristup kvantnom računalstvu i koja pokušavaju implementirati logičke sklopove iz konvencionalnog računalstva u kvantno okruženje,  pa stoga barataju najčešće sa svega nekoliko kubita – od tri do 12, D-Wave ima posve drugi pristup. On kao sučelje do kvantnih bitova koristi konvencionalno poluvodičko računalo koje podatke pripremi (uključivši i logičko matematičku obradu na njima) za konkretan D-Waveov procesor, odnosno njegove mogućnosti, a onda se očitaju stanja kubita u procesu koji je praktički trenutan, iako sama obrada i priprema podataka na klasičnom računalu u oblik pogodan za D-Waveove procesore, može potrajati. Koliko, ovisi o stupnju složenosti zadatka, uz napomenu da D-Wave, kao i druga kvantna računala, rješavaju samo posebne tipove zadataka – traženje najkraćeg puta ili prepoznavanje obrazaca i druge NP zadatke, a ne općeračunalne zadatke.

Prema doktoru Geordieju Roseu, osnivaču D-Wavea, ideja da se logički sklopovi iz klasičnog računalstva preslikaju u kvantno računalo je „unazadila kvantno računalstvo i treba je smjesta napustiti, a za 20 godina ćemo se čuditi da smo to uopće pokušavali“ (izjava iz 2013.) te stoga njihovo kvantno računalo koristi praktički samo kubite iz kojih se na koncu iščitavaju konačni rezultati.

D-Waveova računala su tako „quantum annealeri“ (annealing je inače proces žarenja u metalurgiji), kako to za ta računala tvrdi D-Wave (kažemo tvrdi jer je neko vrijeme bilo upitno da li ovaj pristup uopće daje kvantno računalo i barata li se uopće kubitima) i zapravo traži niskoenergetska stanja svojih kubita za različite hardverske konfiguracije kvantnog uređaja. U tom smislu je pogodan samo za probleme koji se mogu prevesti u problem minimalne energije za svaki kubit. Iako se ovo čini jako ograničavajuće, zapravo nije pa čak i kvantna računala s daleko manjim brojem kubita, ali koja implementiraju kvantne logičke sklopove, na koncu rješavaju praktički isti skup problema kao i D-Waveovo, ali na manjoj skali.

Za razliku od konkurentskih ideja, D-Waveovo rješenje ima manje problema s pogreškama (neželjenom dekoherencijom) jer dok ispadanje kubita iz kvantne superpozicije u tradicionalnom logičkom sklopu daje kompletno besmislen rezultat, kod D-Wavea energetske razine „žarenih“ kubita mogu varirati pa se dobiva manja točnost, ali ne posve besmislen rezultat.

Broj raspoloživih kubita, pak, treba promatrati kao ukupnu rezoluciju rješavanja (ili točnost) nekog problema.

Novo rješenje u odnosu na ranije verzije D-Waveovog čipa su i dodatne konekcije među kubitima na čipu. Dok je u prethodnoj verziji na 2000 kubita bilo 6000 konekcija (tri po kubitu), u novoj verziji čipa na 5.000 kubita ima 35.000 konekcija, odnosno (u prosjeku) 7 konekcija po kubitu, što uvelike povećava rezoluciju, odnosno preciznost rezultata.

Inače, za razliku od prije nekoliko godina kada se o konkretnom tehničkom rješenju D-Waveovih kubita malo znalo, sada se zna da ih sačinjavaju Josephsonovi spojevi ili spojnice, izvedeni od supraprovodljivih nanožica koje služe i za skladištenje kubita (na temperaturama bliskim apsolutnoj nuli, što je preduvjet za kvantnu superpoziciju) i kao upravljački sklopovi koji upravljaju samim kubitima. Ukupno je tih Josephsonovih spojeva u novom čipu preko milijun i njima se vrši reprogramiranje čipa i pretvaranje podataka dobivanih iz klasičnog računala u kubite.

Problem i dalje prisutan, kako ste mogli i naslutiti, je taj što i dalje nije posve sigurno da li je ukupno vrijeme potrebno za nalaženje rješenja nekog problema – od njegovog postavljanja do konačnog rezultata – imalo brže na D-Waveovom kvantnom računalu ili na klasičnom računalu.

Naime, dok za klasična računala znamo postaviti probleme i znamo koliko im treba za izračun, problem s kvantnim računalima je da se još traže načini za predstavljanje problema na način koji je rješiv na ovom računalu.

Trenutno najviše obećava hibridni pristup rješavanju problema gdje se klasično računalo koristi za „makro-pristup“ problemu, a onda se pojedini segmenti matrice (ako je problem moguće pretočiti u matrične jednadžbe) rješavaju na kvantnom računalu, rješenja vraćaju na klasično računalo, a onda se na njemu i svi riješeni segmenti sklapaju u konačno rješenje.

Navodno ovaj hibridni način korištenja D-Wavea se pokazao vrlo perspektivnim kod simulacija lijekova i njihove interakcije sa staničnim proteinima gdje se bez hibridnog pristupa moglo obraditi samo proteine duljine samo osam lanaca aminokiselina, a hibridnim pristupom to je povećano na 50 lanaca, problem koji bi bio eksponencijalno složeniji i nerješiv ne samo u našim životima na klasičnim računalima.

Usput, ako se pitate koliko je ovih procesora i D-Waveovih računala u svijetu, odgovor je tek nekolicina. Dapače, kada bi postojao takav prinos (yield) po waferu na kojem se proizvode D-Waveovi procesori, svi bi oni do sada proizvedeni bez problema stali na jedan wafer.

Usprkos tome, ovo je najuzbudljivije, najpraktičnije i najkomercijalnije što danas postoji u svijetu kvantnog računalstva.

 


 

Dr. Rose na jednom od svojih predavanja
Dr. Rose na jednom od svojih predavanja