Квантовый компьютер Google работает
Поисковик считает, что машина D-Wave подтвердила свои принципы работы
Квантовые компьютеры — это вычислительные машины, которые работают на основе квантовых эффектов. Использование необычных свойств квантовой суперпозиции и квантовой запутанности может дать значительный скачок производительности. Она может вырасти на несколько порядков. Этот рост сулит обеспечить новые возможности во многих областях работы со знаниями: этот как системы искусственного интеллекта, так и симуляция различных процессов и прогнозирование.
Поэтому многие государственные исследовательские лаборатории и ИТ-гиганты проявляют к этой сфере пристальный интерес. К примеру, IBM и Microsoft работают над квантовыми вычислениями. Google тоже не отстаёт. В 2013 году поисковик купил квантовую машину у компании D-Wave. Этот канадский стартап представляет свой продукт как первый в мире коммерчески доступный квантовый компьютер. Проблема заключается в том, что учёные не были уверены, что чипы D-Wave действительно используют квантовые эффекты для выполнения вычислений. 8 декабря компания Google заявила, что подтверждение этому появилось.
В 2013 году Google купила квантовую машину у D-Wave. Компьютер поставили в Иcследовательском центре Эймса НАСА в Маунтин-Вью, штат Калифорния. Эти два года исследователи изучали механизмы работы метода квантового отжига и возможности их применения. Работа устройств D-Wave вызывала споры среди специалистов по квантовой физике: они не могли единогласно заключить, что устройства действительно работают так, как заявляется, и что они могут достичь обещаемую скорость вычислений.
К примеру, среди скептиков находится Маттиас Тройер. Физик из Швейцарской высшей школы Цюриха ставит под сомнение быстроту работы подобных машин. После исследования ранних чипов D-Wave группа пришла к выводу, что они не предоставляют особых преимуществ над традиционными вычислительными машинами.
Теперь Google заявляет, что у них есть доказательства. Было проведено сравнение производительности машины D-Wave и обычного компьютера с одним процессором. Была создана специальная задача, призванная доказать значительное превосходство по вычислительным способностям. Квантовый компьютер справился с ней в 100 миллионов раз быстрее обычного.
График показывает сравнение производительности обычного компьютера, работавшего по квантовому методу Монте-Карло (QMC) и имитации отжига (SA), с квантовой машиной D-Wave. Справа при приближении к 1000 бинарным переменным преимущество доходит до 108.
Однако даже сам глава квантовой лаборатории Хартмут Невен признаёт, что эту задачу можно было бы оптимизировать таким образом, чтобы выиграл бы обычный компьютер или хотя бы оказался на том же уровне. Квантовая машина работала по принципу квантового отжига, а обычный использовал имитацию отжига. Можно было бы использовать то, что сам Невен называет багом в конструкции машины D-Wave. В Google говорят, что показанный тест всё равно важен, поскольку в будущем у обычных компьютеров не будет преимущества. Оно исчезнет уже в следующем поколении квантовых машин.
На Arxiv.org компанией Google была опубликована научная работа по результатам этого исследования. Но пока на неё не было написано рецензий. Далее последуют публикации в научных журналах. В будущем исследователи хотят улучшить некоторые характеристики квантовых компьютеров. К примеру, нужно увеличить плотность и точность соединений между кубитами, а также их связность. Кубиты научат взаимодействовать не только попарно, но и более крупными группами.
Схематичное изображение соединений между кубитами в чипах семейства D-Wave 2.
Разработка квантовых компьютеров потенциально может сделать продукты Google лучше: есть задачи, которые непрактично решать обычными ЭВМ. Но это лишь отдалённые перспективы. На разработку и внедрение подобных решений уйдут годы. На данный момент машины D-Wave крайне дороги, требуют крупные объёмы жидкого азота для охлаждения и не универсальны. Они могут решать лишь очень специфический набор задач. Какие это задачи, ещё выясняется.
arXiv:1512.02206 [quant-ph]
