D wave квантовый компьютер: наступила ли эра квантовых компьютеров

Содержание

D-Wave анонсировала адиабатический квантовый вычислитель нового поколения

D-Wave Systems

Канадская компания D-Wave объявила о создании машины для квантового отжига на 5000 кубитах, который превосходит прошлое поколение устройств по размеру, количеству связей между кубитами и скорости работы. Пресс-релиз опубликован на сайте компании.

В то время как такие компании как Google, IBM и Rigetti пытаются построить полноценный квантовый компьютер, канадская компания D-Wave уже несколько десятилетий идет другим путем. D-Wave работает над созданием сверхпроводящих квантовых адиабатических вычислителей на основе квантового отжига — это устройства, которые могут решать только задачи оптимизации, но благодаря квантовому эффекту, туннелированию, потенциально они способны справиться с очень большими задачами, недоступными для классических устройств.

Суть квантового отжига состоит в том, что квантовая система при достаточно низкой температуре находится в своем основном состоянии с наименьшей энергией. Это наименьшая энергия определяется гамильтонианом (функцией энергии), который задается видом исследуемой функции — у этой функции и ищется минимум. Если изначально отжигатель находится в основном состоянии с неким начальным гамильтонианом, то плавно приводя гамильтониан к желаемому виду, вы все время остаетесь в основном состоянии. Этот эффект обеспечивается адиабатической теоремой. Таким образом, конечное состояние соответствует минимальной энергии конечного гамильтониана и является минимумом функции.

Перевод одного гамильтониана в другой осуществляет при помощи изменения магнитных полей, которые действуют на сверхпроводящие кубиты и на их связи с соседями. Чем больше кубитов и больше связей, тем больше контроля, и значит, можно решать более сложные задачи. Проблема современных устройств в том, что пока они слишком маленькие, чтобы конкурировать с классическими методами оптимизации. Прошлое поколение D-Wave 2000Q имело 2000 кубитов и каждый кубит был связан с шестью соседями, всего около 6000 связей. Такая топология очень сильно ограничивала размер задачи, которую можно решать на этом устройстве.

D-Wave Advatange

D-Wave Systems / 2020

D-Wave представили новое поколение квантовых адиабатических вычислителей D-Wave Advantage c 5000 кубитами, где каждый кубит связан с 15 соседями. Всего в такой машине более 35000 связей, что в 6 раз больше, чем в предыдущем поколении. Такая топология получила имя Pegasus и является важным инженерным достижением, которое может быть использовано и для универсальных квантовых компьютеров в будущем. Компания утверждает, что с помощью этой машины можно решить задачу с более чем миллионом переменных. 

Слева: топология D-Wave 2000Q прошлого поколения с 6 связями Справа: топология D-Wave Advantage с 15 связями у каждого кубита.

D-Wave / 2020

Ученые из D-Wave так же добавили классические методы пред и постобработки, которые ускорили процесс решения оптимизационных задач, на 64% по сравнению с прошлым поколением вычислителей.

Улучшение в скорости работы и в размере решаемой задачи по сравнению с предыдущем поколением машин D-Wave.

D-Wave / 2020

Влияние классических методов постобработки на размер решаемой задачи для компьютером прошлого поколения и D-Wave Advantage.

D-Wave / 2020

Компания D-Wave является лидером на рынке квантовых отжигателей, в 2017 году компания аннонсировала старт продаж своих машин. Подробнее о квантовом отжиге и о его превосходстве над классическими алгоритмами можно прочитать в интервью с Алексеем Устиновым, руководителем группы «Сверхпроводящие квантовые цепи» в Российском Квантовом Центре и МИСИС — «Взять и потрясти».

Михаил Перельштейн

D-Wave начала поставлять мощнейший в мире квантовый компьютер для бизнеса / Хабр

Канадская D-Wave приступила к поставкам 5000-кубитовых квантовых компьютеров Advantage. Устройства позиционируются как решения для нужд бизнеса, а не исследователей.

Предыдущая система компании 2000Q имела, соответственно, в два раза меньше кубитов. Однако и это значительно больше, чему конкурентов, которые выпускают квантовые компьютеры на 50 кубитов. Они в новой системе разбиты на кластеры по 15, связанных только в пределах кластера. В прежней системе в кластере было связано 6 кубитов.

Advantage представляет собой гибридный вычислитель с классической и квантовой вычислительными платформами. Система разбивает большую задачу на части для решения классическим и квантовым способами.

Вычислители в новой системе охлаждаются до очень низких температур. Это требует тщательного экранирования от случайного внешнего электромагнитного воздействия.

На новой платформе возможно использовать до одного миллиона переменных при решении задач оптимизации, тогда как ее предшественник предлагала 120 тысяч элементов для хранения переменных. Для «сложных задач» это число ограничивается 20 тысячами.

В итоге размеры задач на квантовой части на D-Wave Advantage выросли в 2,5 раза.

Новый решатель дискретной квадратичной модели (DQM) позволяет использовать в расчётах не две переменные 0 и 1, а цифры от 1 до 10 или другие наборы значений. Эта модель станет общедоступной 8 октября.

Цена новой системы не называется. Предшественник, система D-Wave 2000Q, стоила $15 млн.

Чтобы воспользоваться квантовыми вычислителями, не нужно приобретать сами системы Advantage. Эту задачу решает облачный сервис D-Wave Leap, подписчики которого бесплатно получат доступ к обновлённым функциям.

Наконец, D-Wave подготовила программу поддержки разработчиков приложений для прикладных решений в квантовых вычислениях.

Компания привела примеры использования своих систем. Так, канадский ритейлер Save-On-Foods уже сократил время по оптимизации работы продуктовых магазинов с 25 часов до 2 минут.

См. также:

выдающиеся 5000 кубит для бизнеса

Канадская компания D-Wave приступила к поставкам анонсированных год назад 5000-кубитовых квантовых компьютеров Advantage. В переводе на русский язык система называется «преимущество», что просто и без затей намекает о достижении системами D-Wave пресловутого квантового преимущества — сакральной цели квантовых вычислителей. Так ли это, покажет время. Пока же заглянем в пресс-релиз канадцев.

Итак, новая система Advantage получит более чем в два раза больше кубитов, чем было в предыдущей 2000Q. Пять тысяч — это очень и очень много по сравнению с конкурентами, которые создают квантовые вычислители примерно с 50 кубитами. На деле, как всегда, всё интересное в деталях. Все 5000 кубитов в системе Advantage разбиты на кластеры по 15 кубитов. И между собой кубиты связаны или запутаны, если говорить в терминах квантовых вычислителей, только в пределах кластера. В системе 2000Q связанными были только 6 кубитов в кластере. И это определённо существенное улучшение.

Система Advantage, что также важно, позиционируется как решение для бизнеса, а не для исследовательских учреждений. Уточним, это гибридный вычислитель, сочетающий классическую вычислительную платформу и квантовую. Система D-Wave разбивает большую задачу на части для решения на классических компьютерах и на квантовых. К сожалению, компания или её клиенты пока не раскрывают данных о преимуществах перехода на квантовые вычислители. Просто говорится, что это преимущество в ряде случаев действительно достигается, и оно впечатляет.

Поскольку число кубитов в кластере (число связанных кубитов) выросло с 6 до 15, то D-Wave была вынуждена полностью изменить топологию платформы — условно квантового процессора. Вычислители по-прежнему охлаждаются до очень низких температур и требуют тщательного экранирования от случайного внешнего электромагнитного воздействия. Новая платформа позволяет использовать до одного миллиона переменных при решении задач оптимизации, что также произошло благодаря серьёзной переработке топологии. Предыдущая система предлагала лишь 120 тыс. элементов для хранения переменных. Тем самым размеры задач, которые можно запускать на квантовой части на D-Wave Advantage, выросли в 2,5 раза.

Для системы Advantage компания представила новый решатель дискретной квадратичной модели (DQM). Это даёт возможность использовать в расчётах не две переменные 0 и 1, а например, цифры от 1 до 10 или другие наборы значений. Модель DQM компании станет общедоступной 8 октября. Сами системы Advantage не обязательно нужно будет покупать, чтобы воспользоваться квантовыми вычислителями. Для желающих есть облачные сервисы D-Wave Leap. Подписчики сервиса бесплатно получат доступ к обновлённым сервисам.

Ещё раз повторим, новая система — это инструмент для бизнеса, который захочет ускорить операции за счёт перехода на гибридно-квантовые системы. Компания D-Wave подготовила программу поддержки разработчиков «квантовых» приложений, чтобы помочь начинающим быстрее создавать собственные прикладные решения. Заявлено, что система Advantage поможет оптимизировать бизнес задачи в широком спектре. Но необходимо помнить, что используемый D-Wave квантовый метод относится к так называемому квантовому отжигу, что лучше всего работает для поиска оптимальных решений из множества переменных.

К примеру, один из пользователей системы D-Wave, канадская компания Save-On-Foods, сократила время по оптимизации работы продуктовых магазинов с 25 часов до 2 минут, а оптимизацию она проводит каждую неделю. О пользе гибридно-квантовых вычислителей также говорят другие клиенты D-Wave — компании Menten AI, Accenture и Volkswagen. Нам же интересно, когда о системе Advantage заговорят исследователи и тестировщики. Ждём. Да, цена вопроса не сообщается, но будет явно не дешевле $15 млн, во сколько обходилась система D-Wave 2000Q.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Иногда 53 «правильных» кубита лучше чем 5000 кубитов «превосходства»

Представители D-Wave также заявили, что мощность систем может составить «более 5000 кубитов». Объединение большего числа кубитов с новой топологией, по мнению разработчиков, обеспечит программистам квантовых приложений «доступ к более мощному и производительному ресурсу для построения коммерческих квантовых приложений».

Гибридный подход

По аналогии с большинством сообществ разработчиков приложений для квантовых компьютеров, компания делает ставку на взаимодействие программистов в рамках своего квантового облачного сервиса Leap, а также опенсорсной платформы Hybrid.

Оптимизация в рамках гибридного подхода подразумевает создание новых алгоритмов, перекладывающих на квантовый процессор решение лишь той части задач, в которых его использование эффективно, при этом другие части оптимизированы для решения классическими компьютерами. По сути, все современные квантовые компьютеры являются гибридными (смешанными) системами, в которых классическим системам отводится существенная роль.

Гибридная платформа D-Wave Hybrid с открытым исходным кодом уже выложена на GitHub. Платформа призвана решать шесть ключевых задач.

Первая — управление рабочим процессом гибридных вычислений, то есть быстрая разработка гибридных приложений, которые смогут работать с классическими компьютерами, системами D-Wave 2000Q и D-Wave Advantage.

Вторая — применение модульного подхода. Речь идет о создании логических цепей для упрощенного распределения классических и квантовых задач. Они позволят разработчикам синхронизировать работу квантовых и классических компьютеров для максимальной отдачи каждой системы.

Третья задача — декомпозиция проблем. Алгоритмы разбиения больших проблем, которые превышают возможности квантового процессора (QPU), сегментируют их на приемлемые для вычислений фрагменты.
Четвертая — удобная знакомая среда программирования на основе языка Python плюс документация с примерами, что позволит сделать работу без особого погружения в квантовую механику.

Пятая — гибкость решений. Платформа предоставляет ряд законченных примеров гибридных рабочих процессов. Такой подход позволяет разработчикам уточнить, какие именно рабочие процессы лучше подходят для решаемой ими задачи.

Наконец, шестая задача — бесплатный доступ для программистов к облачной квантовой системе D-Wave Leap и прикладной квантовой среде (Quantum Application Environment, QAE). Для работы облачного сервиса Leap уже задействованы квантовые системы 2000Q. Ресурсы включают инструменты обучения, форумы технических специалистов для облегчения совместной работы.

53 против 5000. Чьи кубиты толще?

С точки зрения маркетинга и пиара, анонс 5000-кубитной системы, да еще с таким одиозным названием, выглядит как серьезное событие в отрасли квантовых вычислений. Особенно на фоне последних новостей из IBM об открытии квантового вычислительного центра IBM Quantum Computing Center в Нью-Йорке на базе пяти 20-кубитных и одной 53-кубитной системы.

«Пять тысяч кубитов» звучат гораздо ярче, чем сообщение о недавнем эпохальном событии о достижении «квантового превосходства» компанией Google с использованием 53-кубитной системы на сверхпроводящих элементах. Заметка была опубликована изданием Financial Times на основании внутреннего документа компании.

Под термином «квантовое превосходство» (Quantum supremacy) подразумевают способность квантовых систем производить расчеты задач, с которыми классические компьютеры не могут справиться в принципе или в разумный промежуток времени.

Несмотря на многочисленные тысячи кубитов, системы D-Wave значительно проигрывают «полноценным» квантовым компьютерам с десятками кубитов от других производителей. Проблема в том, что ограничение возможностей квантовых систем D-Wave, работающих на принципе квантового отжига, заложено в самой технологии создания кубитов.

Квантовый отжиг (нормализация) — это класс математических задач. В них используется метаэвристический метод для нахождения глобального минимума заданной функции из заданного списка возможных решений с помощью процесса, использующего квантовые флуктуации. Квантовый отжиг сравним с моделируемым отжигом, где температура определяет вероятность перехода из текущего состояния в состояние с более высокой «энергией».

Ввиду фундаментальных ограничений, квантовые системы D-Wave позволяют решать лишь ограниченный подкласс задач дискретной оптимизации и полностью непригодны для вычислений с применением традиционных квантовых алгоритмов. Тем не менее эти квантовые системы способны производить чрезвычайно эффективные вычисления для многих задач. Например, при анализе генома, вариативности сворачивания белков.

То есть во всех тех задачах, где уместно применение дискретного программирования (оптимизации). Эти решения частично пригодны для решения задач машинного обучения и создания алгоритмов искусственного интеллекта с навыками самообучения. Именно этим занимаются Google и NASA в Лаборатории квантового искусственного интеллекта при исследовательском центре Эймса с помощью системы D-Wave.

В рамках анонса системы Advantage представители D-Wave также заявили, что для квантовых компьютеров компании в настоящее время уже разработано более 150 приложений в таких областях как финансовое моделирование, диспетчеризация авиакомпаний, моделирование выборных процессов, моделирование в квантовой химии, проектирование автомобилей, профилактическое здравоохранение, логистика и др.

Разработчики «полноценных» квантовых процессоров, например IBM, Intel, IonQ, Российский квантовый центр, также делают ставку на гибридные системы с применением классических компьютеров для оптимизации вычислений. Такие коммерческие квантовые компьютеры общего назначения, по прогнозам Deloitte, появятся в 2030-х годах и станут универсальными инструментами для решения большинства задач. Системы D-Wave ввиду своего «врожденного» ограничения на подобную универсальность претендовать не смогут.

О квантовом превосходстве

В октябре 2019 года разработчики Google опубликовали в научном издании Nature статью «Квантовое превосходство с применением программируемого сверхпроводящего процессора» (Quantum supremacy using a programmable superconducting processor). Авторы объявили о достижении впервые в истории квантового превосходства с помощью 54-кубитного процессора «Sycamore», чьи 53 кубита могут работать одновременно. Такая комбинация кубитов обеспечивает работу с более чем девятью квадриллионами переменных (253, или 9 007 199 254 740 992).

Квантовые компьютеры откроют мир новых, невиданных возможностей — GlobalCIO|DigitalExperts

Константин Геращенко

Независимый эксперт

Квантовые компьютеры вышли из стадии лабораторных разработок. Формируется рынок квантовых вычислений, и первопроходцы в данной области начинают конкурировать друг с другом. Сегодня в мире три явных лидера — это канадская компания D-Wave Systems, и американские корпорации Google и IBM. Всего выпущено несколько десятков квантовых компьютеров. Цифра не маленькая, учитывая стоимость машин (например, цена одного D-Wave 2000Q составляет 15 млн. долл.) и пока еще специфические, узкие ниши их применения. О перспективах квантовых вычислений рассказывает директор по технологиям IBM в России и СНГ Игорь Хапов.


 —  Какие преимущества дают квантовые вычисления?

Говоря простыми словами, количество возможных решений определенных задач удваивается каждый раз, когда вы добавляете в уравнение новую переменную. За счет этого сложность вычислений растет по экспоненте.

 

Некоторые задачи построены по такому же принципу. Когда нужно учитывать лишь несколько параметров, решить задачи не сложно. Но с добавлением каждой новой переменной количество возможных решений удваивается, как и время, необходимое на поиск решения.

 

Современные классические компьютеры стали гораздо лучше, чем раньше, но и у них есть пределы возможностей. Даже лучшие вычислительные машины современности не в состоянии найти оптимальное решение задач определенных масштабов даже за миллиард лет.

 

Так чем же отличаются квантовые компьютеры? Все сводится к двум фундаментальным квантовым эффектам: суперпозиции и запутанности. Квантовые биты или кубиты — это строительные блоки квантовых компьютеров, которые могут существовать в состоянии, известном как квантовая суперпозиция. Двухкубитная система может существовать в суперпозиции из четырех состояний, трехкубитная система — в суперпозиции из восьми состояний, а четырехкубитная система может находиться в суперпозиции из 16 состояний, и т.д. Таким образом, мощность квантовых компьютеров может увеличиваться экспоненциально по мере добавления кубитов (при условии сохранения низкого уровня ошибок). И вот мы уже решаем задачу, сложность которой растет по экспоненте, с помощью компьютера, мощность которого также повышается экспоненциально.


 — Где применяются квантовые компьютеры?

 

IBM построила 28 квантовых компьютеров, доступ к которым имеют 110 членов коммерческой сети Q Network через публичное облако IBM Cloud. Несколько компьютеров также находятся в бесплатном публичном доступе (Q Experience). Они используются для обучения программированию квантовых компьютеров и получения навыков, необходимых для их дальнейшего развития. Это очень похоже на то, что делалось десятки лет назад для мейнфреймов и суперкомпьютеров.


 —  Каковы перспективы квантовых вычислений?

Исследователи IBM доказали, что могут создавать и контролировать высококачественные сверхпроводниковые кубиты, а также поддерживать их устойчивое состоянии при температуре 15 милликельвинов для сохранения эффектов суперпозиции и запутывания. Такой прогресс говорит о том, что квантовые системы следующего поколения с десятками кубитов появятся уже совсем скоро. Хотя сейчас невозможно с полной уверенностью утверждать, на что будут способны системы следующего поколения, они, вероятно, превзойдут возможности современных традиционных компьютеров.

 

К тому времени квантовые компьютеры будут применяться в самых различных отраслях. Они станут основным инструментом специалистов в области химии, биологии, здравоохранения, математики и защиты окружающей среды. Они объединят лучшие умы человечества, разожгут искру научного воображения и изменят представление общества о невозможном.

Появятся решения задач, которые сегодня кажутся неразрешимыми. Откроется мир новых бесчисленных возможностей.


 — В каких областях применение квантовых компьютеров может привести к революционным изменениям?

В основе практически всего лежат химические элементы и их взаимодействие. Блеск вашего автомобиля. Скорость передачи данных по широкополосной сети. Тепло вашей зимней куртки. Возможности медицины. Все сводится к химии.

 

Если бы мы смогли лучше изучить сложные химические реакции, смоделировав их на компьютере, результаты практически наверняка были бы впечатляющими. Это могло бы привести к созданию новых материалов невероятной прочности и минимальной массы или помочь нам очистить водоемы и атмосферу от загрязняющих веществ. Благодаря такому моделированию мы смогли бы научиться создавать персонализированные лекарственные препараты и более эффективные устойчивые источники энергии. Потенциальные преимущества использования квантовых компьютеров ограничиваются лишь нашим воображением.

 

Представьте классический компьютер, который содержит столько же транзисторов, сколько атомов на млечном пути. Он все равно не смог бы выполнить задачу моделирования такого относительно простого вещества, как кофеин. Но при наличии экспоненциально растущей вычислительной мощности экспоненциально усложняющиеся задачи — в том числе моделирование химических взаимодействий — не кажутся невыполнимыми.

 

Суть подхода к моделированию химических реакций с использованием квантовых машин заключается в объединении самых быстрых классических компьютеров с квантовыми процессорами. Определенные части задачи выполняются на классической машине, а самые сложные с вычислительной точки зрения задачи передаются на квантовый процессор. Мы продемонстрировали, что с помощью такого метода можно моделировать поведение небольших молекул, например, водорода или гидрида лития.

 

Возможности квантовых систем не ограничиваются расширением наших знаний о природных явлениях. Они также могут помочь оптимизировать сложные техногенные системы и решить задачи, которые сегодня мы даже не пытаемся рассмотреть. За счет использования чрезвычайно сложных наборов данных квантовые компьютеры могут вывести технологии машинного обучения и искусственного интеллекта на новый уровень.

 

Они могут открыть новые способы многократно сократить время, затрачиваемое на создание новых материалов. Кроме того, они могут ускорить разработку ультраэффективных логистических и транспортных операционных схем, а также новых методов снижения рисков и оптимизации производительности для компаний, оказывающих финансовые услуги.


 —  Какие факторы препятствуют активному развитию этой технологии?

Чтобы повысить производительность классического компьютера, нужно оснастить его большим количеством транзисторов. Но в квантовых вычислениях динамика мощности гораздо более сложная. Да, число кубитов имеет важное значение. Но не менее важны такие параметры, как частота появления ошибок, операционная точность и эффективность. Для достижения наибольшего эффекта необходимо постоянно снижать частоту появления ошибок (повышая качество шлюзов или улучшая связь между кубитами) по мере увеличения количества кубитов. Это одна из нескольких проблем, которые необходимо решить для достижения квантового преимущества – точки, в которой квантовые компьютеры позволят нам выполнять полезные задачи, недоступные классическим вычислительным машинам.


Беседовал Константин Геращенко



D-Wave представила квантовую платформу на 5000 кубитов

Георгий Голованов

Новый квантовый компьютер Advantage компании D-Wave будет доступен через облачный сервис с начала октября и сможет решать сложные задачи с числом переменных до одного миллиона. Разработчики называют его «первым квантовым компьютером для бизнеса», поскольку, в отличие от остальных квантовых машин, на нем действительно можно запускать реальные бизнес-приложения.

12

В феврале прошлого года канадская компания D-Wave анонсировала будущую квантовую платформу на чипе с новой топологией Pegasus, обеспечивающей связь одного кубита с 15 другими кубитами, вместо 6. Машина с названием Advantage — «первый квантовый компьютер для бизнеса» — будет доступна через облако. Попутно D-Wave представила Launch, программу по обучению бизнесменов основам построения гибридных квантовых приложений.

«Квантовый компьютер Advantage — первый квантовый компьютер, придуманный и созданный с нуля для поддержки бизнес-приложений, — заявил глава D-Wave Алан Баратц в интервью VentureBeat. — Мы разработали его для решения задач крупных, сложных коммерческих приложений и для возможности запуска этих приложений в операционной среде. В мире нет другого такого квантового компьютера, который бы решал проблемы такого же масштаба и такой же сложности, что и этот квантовый компьютер. Он действительно единственный, на котором можно запускать реальные бизнес-приложения. Другие преимущественно прототипы. На них можно проводить эксперименты, небольшие опыты, но ни один из них не может поддержать приложения в таком объеме, как наш».

Новый чип Pegasus, который заменил Chimera с ее шестью кубитами, состоит из 15 соединенных между собой кубитов. Это значит, что возможность взаимодействия системы возросла в 2,5 раза, то есть Advantage может решать более сложные задачи при меньшем числе физических кубитов.

Квантовые компьютеры используют кубиты — квантовые биты — для выполнения вычислений, которые слишком сложны или попросту невыполнимы для классических компьютеров. Компания D-Wave была первой, кто начал продавать машины, работающие на принципах квантового отжига.

Теперь D-Wave больше не продает квантовые компьютеры. Advantage и все его 5000 кубитов с лишним (точное количество может меняться в зависимости от системы) доступны через облачный сервис Leap, который появится в открытом доступе с 8 октября.

Этим летом команда Google AI Quantum сообщила о том, что сумела смоделировать на 54-кубитном компьютере Sycamore изменения в конфигурации молекулы диазена. В прошлом году эта машина достигла важной вехи в развитии квантовых компьютеров — квантового превосходства.

FacebookВконтакте12WhatsAppTelegram


Представлен новый 5000-кубитовый квантовый компьютер компании D-Wave

Не так давно представители известной канадской компании D-Wave объявили о разработке новой квантовой вычислительной системы, предназначенной уже исключительно для коммерческого использования. Эта система, получившая название Advantage, содержит 5 тысяч кубитов, каждый из которых обладает 15 вариантами соединений с другими кубитами. И новый квантовый компьютер будет доступен для корпоративных клиентов через Интернет и облачный сервис под названием «Leap Quantum».

В течение нескольких последних лет некоторые известные технологические компании уделили достаточно большое внимание вопросам разработки истинного квантового компьютера, который можетрешать сложнейшие задачи, недоступные для решения обычными компьютерами. Прогресс в этой области движется очень медленным темпом, особенно если сравнивать его с темпами прогресса разработок первых обычных компьютеров.

Такие компании, как Google и IBM, работают над классической квантовой архитектурой, в которой кубиты, точнее их состояние, изменяется по мере выполнения квантового алгоритма. В отличие от этого, компания D-Wave изначально была нацелена на реализацию технологии так называемого квантового отжига, в которой все строится на охлаждении кубитов во время выполнения алгоритма, что приводит к пассивному изменению значения содержащейся в них квантовой информации.

Сравнение архитектуры классического квантового компьютера и архитектуры компьютеров компании D-Wave не имеет никакого смысла из-за их функциональных различий. Поэтому наличие в системе Advantage 5 тысяч кубитов не обязательно означает безусловного преимущества перед классическими системами с сотней кубитов, которые сейчас уже созданы другими компаниями. Однако, квантовые системы компании D-Wave, несмотря на их некоторые очевидные недостатки, уже прямо сейчас можно использовать для решения практических задач.

Представители компании D-Wave отмечают, что множество клиентов использовали их системы для решения собственных задач. Компания AI Menten проектировала и моделировала на квантовом компьютере новые белки, сеть магазинов Save-On-Foods использовала его для оптимизации логистики и других деловых операций, а Volkswagen — для создания новой более эффективной системы покраски автомобилей и т.п.

Помимо системы с увеличенным количеством кубитов и вариантов их соединения, клиенты компании D-Wave получат в свое распоряжение гибкий доступ к системе, расширенный набор гибридных программных инструментов и программного обеспечения, и, естественно, к обновлениям системы, которые будут выпускаться позже.

Помимо этого, специалисты D-Wave будут анализировать специфику решаемых на их новой системе задач, плюс получать обратную связь от пользователей, что позволит им в будущем расширить функциональность системы и сделать квантовые вычисления доступными более широкому кругу потенциальных клиентов.

Квантовый компьютер только что решил проблему десятилетней давности в три миллиона раз быстрее, чем классический компьютер

Ученые из компании D-Wave, занимающейся квантовыми вычислениями, продемонстрировали, что с помощью метода, называемого квантовым отжигом, они могут моделировать некоторые материалы до трех миллионов раз быстрее, чем при использовании соответствующих классических методов.

Вместе с исследователями из Google ученые намеревались измерить скорость моделирования в одном из процессоров квантового отжига D-Wave и обнаружили, что производительность увеличивалась как с увеличением размера моделирования, так и с увеличением сложности задачи, чтобы достичь ускорения в миллион раз по сравнению с тем, что может быть достигнуто с помощью классического процессора.

Расчет, над которым работали команды D-Wave и Google, является реальной проблемой; Фактически, она уже решена лауреатами Нобелевской премии по физике 2016 г. Вадимом Березинским, Дж. Майклом Костерлицем и Дэвидом Таулессом, которые исследовали поведение так называемого «экзотического магнетизма», которое имеет место в квантовых магнитных системах.

SEE: Руководство, чтобы стать чемпионом по цифровой трансформации (TechRepublic Premium)

Лауреаты Нобелевской премии использовали передовые математические методы для описания в 1970-х годах свойств двумерного квантового магнита, который терял осветить странные — или «экзотические» — состояния, в которых может обернуться материя.

Вместо доказательства квантового превосходства, которое происходит, когда квантовый компьютер выполняет вычисление, которое невозможно разрешить классическими средствами, последнее исследование D-Wave демонстрирует, что процессоры квантового отжига компании могут привести к преимуществу вычислительной производительности.

«Эта работа является самым ярким доказательством того, что квантовые эффекты обеспечивают вычислительное преимущество процессоров D-Wave», — сказал Эндрю Кинг, директор по исследованиям производительности в D-Wave.

Процессоры

D-Wave основаны на технологии квантового отжига, которая представляет собой метод квантовых вычислений, используемый для поиска решений проблем оптимизации.Хотя некоторые утверждают, что объем проблем, которые могут быть решены с помощью технологии, ограничен, процессоры квантового отжига легче контролировать и работать, чем их эквиваленты на основе затворов, поэтому технология D-Wave уже достигла гораздо большего количества кубитов. чем можно найти в устройствах, созданных крупными игроками, такими как IBM или Google.

Для моделирования экзотического магнетизма Кинг и его команда использовали 2000-кубитную систему D-Wave, которая была недавно пересмотрена для уменьшения шума, для моделирования программируемой квантовой магнитной системы, точно так же, как Березинский, Костерлиц и Таулесс в 1970-х годах для наблюдений необычные состояния материи.Исследователи также запрограммировали стандартный классический алгоритм для такого рода моделирования, названный «интегралом по путям Монте-Карло» (PIMC), чтобы сравнить квантовые результаты с вычислениями, выполняемыми процессором. Как показывают цифры, квантовое моделирование с лихвой превзошло классические методы.

«То, что мы видим, является огромным преимуществом в абсолютном выражении», — сказал Кинг. «Это моделирование — реальная проблема, которую ученые уже атаковали, используя алгоритмы, с которыми мы сравнивали, что знаменует собой важную веху и важную основу для будущего развития.Сегодня это было бы невозможно без процессора D-Wave с низким уровнем шума ».

Для моделирования экзотического магнетизма Кинг и его команда запрограммировали систему D-Wave на 2000 кубитов для моделирования квантовой магнитной системы.

Изображение: D-Wave

По словам команды D-Wave, не менее важным, чем достижение производительности, является тот факт, что процессоры квантового отжига использовались для выполнения практических приложений, а не для проверки концепции или спроектированной синтетической проблемы с небольшим реальным миром. актуальность.До сих пор квантовые методы в основном использовались, чтобы доказать, что технология имеет потенциал для решения практических задач и еще не оставила ощутимых следов в реальном мире.

Напротив, последний эксперимент D-Wave решил значительную проблему, которая интересует ученых независимо от квантовых вычислений. Полученные данные уже привлекли внимание ученых всего мира.

«Поиск квантовых преимуществ в вычислениях становится все более активным, потому что есть особые проблемы, в которых достигается подлинный прогресс.Эти проблемы могут показаться несколько надуманными даже физикам «, — сказал Габриэль Эппли, профессор физики в ETH Zürich и EPF Lausanne.

» Но в этой статье, созданной в результате сотрудничества между D-Wave Systems, Google и Университетом Саймона Фрейзера, это кажется что квантовый отжиг с использованием специального процессора имеет преимущество перед классическим моделированием для более «практической» проблемы нахождения состояния равновесия конкретного квантового магнита ».

SEE: BMW исследует квантовые вычисления для ускорения цепочки поставок эффективность

D-Wave, однако, не претендовала на квантовое преимущество, которое происходит, когда квантовый процессор может продемонстрировать превосходство над всеми возможными классическими конкурентами; Кинг подчеркнул, что все еще можно разработать узкоспециализированные алгоритмы для моделирования модели после Свойства модели уже известны.

Настоящее значение эксперимента заключается в доказательстве того, что вычислительное преимущество уже может быть достигнуто с использованием существующих квантовых методов для решения важной проблемы материаловедения.

«Эти эксперименты являются важным достижением в данной области, они дают лучший взгляд на внутреннюю работу компьютеров D-Wave и демонстрируют преимущество в масштабировании по сравнению с их главными классическими конкурентами», — сказал Кинг. «Все платформы квантовых вычислений должны будут пройти этот этап на пути к широкому распространению.»

Хотя для исследования использовалась система D-Wave на 2000 кубитов из-за более низкого уровня шума технологии, компания недавно выпустила квантовый процессор на 5000 кубитов, который уже доступен программистам для создания квантовых приложений.

Из улучшений От логистики розничных цепочек поставок до моделирования новых белков для терапевтических лекарств за счет оптимизации маршрутов транспортных средств по оживленным городским улицам, D-Wave в настоящее время насчитывает 250 применений квантового отжига на раннем этапе от различных клиентов.

Обновление D-Wave: как ученые используют самый противоречивый квантовый компьютер в мире

Скептицизм окружает конечный потенциал машин D-волны, но исследователи уже находят им применение.

Новейший процессор

D-Wave имеет 2000 кубитов, что намного превышает возможности предыдущих моделей.Предоставлено: Ким Сталлкнехт / The New York Times / eyevine

Компания, которая производит единственные в мире коммерчески доступные квантовые компьютеры, выпустила свою самую большую машину — и исследователи уделяют ей пристальное внимание. Названный 2000Q в честь количества квантовых битов или кубитов в его процессоре, машина, созданная D-Wave из Бернаби, Канада, имеет почти вдвое больше кубитов, чем ее предшественник. Многие исследователи по-прежнему скептически относятся к долгосрочному потенциалу таких машин, чей подход отличается от подхода других возникающих квантовых компьютеров.Но другие уже бронируют время на компьютерах D-Wave, чтобы изучить проблемы, от машинного обучения до кибербезопасности.

Более того, улучшения 2000Q, машины четвертого поколения компании, во многом являются результатом отзывов исследователей.

«Мы предоставляем рекомендации как сообщество ученых, — говорит Давид Вентурелли, физик из исследовательского центра NASA Ames Research Center. Вентурелли управляет схемой, управляемой некоммерческой ассоциацией университетов космических исследований (USRA) в Вашингтоне, округ Колумбия, которая позволяет внешним исследователям получить доступ к совместной машине D-Wave НАСА и Google.

D-Wave также работает над пятой моделью, которая, как компания надеется, ответит критикам, предоставив еще большую емкость и возможности подключения и более подходящую для нужд ученых. Вероятно, запуск в течение двух лет, машина снова удвоит количество кубитов, примерно до 4000. Что особенно важно, он также обеспечит более сложные связи между кубитами, позволяя решать более сложные проблемы.

«Изменение базового подключения изменит правила игры», — говорит Марк Новотны, физик из Карлова университета в Праге, который изучает приложения машины D-Wave для обеспечения кибербезопасности.«У меня в основном текут слюни, надеясь на это. Это очень волнительно.»

Машины D-Wave вызвали скептицизм и ажиотаж с тех пор, как они поступили в продажу шесть лет назад. На данный момент исследователи доказали, что для задачи, разработанной с учетом возможностей машины, квантовый компьютер может предложить огромное увеличение скорости обработки по сравнению с классической версией алгоритма (VS Denchev et al. Phys. Rev. X 6, 031015; 2016). Но компьютеры не превосходят все классические алгоритмы, и никто не нашел проблемы, в которой они превосходили бы всех классических конкурентов.

Кубиты D-волны построить намного проще, чем их эквиваленты в более традиционных квантовых компьютерах, но их квантовые состояния также более хрупкие, а манипуляции с ними менее точны. Таким образом, хотя ученые теперь согласны с тем, что устройства с D-волной действительно используют квантовые явления в своих вычислениях, некоторые сомневаются, что они когда-либо могут быть использованы для решения реальных проблем экспоненциально быстрее, чем классические компьютеры — независимо от того, сколько кубитов собрано вместе, и какая бы ни была их конфигурация. Неопределенность не остановила рост числа пользователей: в сентябре прошлого года около 100 ученых посетили первую конференцию пользователей D-Wave в Санта-Фе, штат Нью-Мексико.

Существующие компьютеры D-Wave расположены в Соединенных Штатах, но исследователи во всем мире могут получить к ним удаленный доступ, в том числе с помощью таких схем, как USRA. По словам Вентурелли, машины привлекают новые виды исследователей, которые используют одну из них, чтобы попытаться найти лучший способ для марсоходов автономно планировать операции и управлять временем. «Университеты, не имеющие ничего общего с квантовой физикой, сейчас пробуют свои алгоритмы», — говорит он.

В отличие от других квантовых компьютеров, D-Wave подходит только для решения определенных задач, известных как задачи оптимизации.Чтобы найти оптимальные решения, исследователи сначала поместили кубиты, состоящие из сверхпроводящих петель, в их самое низкое энергетическое состояние, в котором каждый находится в квантовой суперпозиции как «включено», так и «выключено». Магнитные поля, которые представляют проблему, затем мягко подталкивают это состояние к новому — процессу, известному как квантовый отжиг. Состояние развивается, сохраняя при этом низкую энергию, так что когда оно в конечном итоге «схлопывается», кубиты должны оставаться в наилучшей конфигурации для решения этой проблемы. Поскольку система просеивает все возможные ответы сразу, теоретически это может быть более быстрый способ решения проблем, которые при классическом решении становятся экспоненциально сложнее с каждой добавленной переменной.Но постановка исследовательских вопросов в форме, с которой машина может справиться, часто означает использование нескольких кубитов для представления одной переменной, что ограничивает размер задач, с которыми она может справиться.

Аппарат D-Wave изучает, как планетоходы могут автономно управлять расписанием и временем.
Предоставлено: Патрик Фаллон, Nature

«Квантовые вычисления — это новый инструмент», — говорит Новотны. «Итак, часть того, что мы делаем, просто пытаемся выяснить, как мы можем это использовать.Он работает над алгоритмами машинного обучения, известными как машины Больцмана, которые используются для изучения закономерностей в онлайн-трафике и выявления кибератак. Пока что на небольших примерах его группа смогла показать, что машины D-Wave могут быть более эффективными, чем их классические аналоги, быстрее обнаруживая вероятные атаки, говорит он.

Последняя версия D-Wave включает обновление, о котором требовал Новотны. Эта функция дает больше контроля, когда различные группы кубитов проходят процесс отжига.По крайней мере в одном случае D-Wave показал, что это может ускорить определенные вычисления в 1000 раз. Для Новотного эта функция имеет решающее значение, потому что она позволит его команде «пробовать» кубиты во время процесса, что открывает дверь для D-Wave, исследующего другой тип алгоритма машинного обучения, который мог бы научиться распознавать гораздо более сложные модели кибератак. .

Но исследователи хотят большей возможности подключения. В настоящее время каждый кубит в процессоре может «разговаривать» только с шестью другими, говорит Скотт Пакин, ученый-компьютерщик и научный и технический руководитель D-Wave в Национальной лаборатории Лос-Аламоса в Нью-Мексико, у которой с тех пор есть компьютер D-Wave. Август.«Чем богаче связи, тем проще и быстрее устранять проблемы с D-Wave. Так что это первая часть моего списка желаний «.

D-Wave модернизирует свой пятый процессор, чтобы значительно увеличить возможности подключения, говорит Джереми Хилтон, старший вице-президент компании, отвечающий за технологии. И поскольку это обновление включает в себя капитальный ремонт оборудования, оно будет иметь дополнительное преимущество: позволит компании выйти за пределы лимита в 10 000 кубитов, налагаемого текущей конструкцией процессора в будущих машинах, добавляет он.

Машины D-волны далеки от экспоненциального увеличения скорости по сравнению с классическими компьютерами, на которое надеются их сторонники. Но в статье, опубликованной 17 января и еще не прошедшей рецензирование, команда D-Wave заявила, что 2000Q может находить решения в 2600 раз быстрее, чем любой известный классический алгоритм (J.Kingetal.PreprintatarXivhttps: //arxiv.org/abs /1701.04579;2017). Теперь скептики должны попытаться найти более быстрый классический алгоритм. «Все, что я знаю, это то, что в двух или трех предыдущих случаях, когда мы были в такой же ситуации, оказалось, что другой классический решатель устранил заявленный пробел», — говорит Скотт Ааронсон, ученый-компьютерщик из Техасского университета. в Остине.

Hilton считает, что в этом году D-Wave продемонстрирует вычисления, которые были бы невозможны даже для самого мощного классического суперкомпьютера, цель, которую конкуренты называют «квантовым превосходством».

«Мы достигли некоторых результатов, — говорит он, — и работаем с внешними сотрудниками, чтобы изучить их и убедиться, что они сохранятся».

Об этой статье

Цитируйте эту статью

Гибни, E. Обновление D-волны: как ученые используют самый противоречивый квантовый компьютер в мире. Nature 441, 447–448 (2017). https://doi.org/10.1038/541447b

Ссылка для скачивания

Дополнительная литература

  • Подход к квантово-вычислительному обратному гидрологическому анализу

    Научные отчеты
    (2018)

Платформа квантовых вычислений D-Wave на 5000 кубитов обрабатывает 1 миллион переменных

Саммиты по технологиям преобразования начнутся 13 октября с мероприятия Low-Code / No Code: Enhancement Enterprise Agility.Зарегистрируйтесь сейчас!


D-Wave сегодня запустила платформу квантовых вычислений нового поколения, доступную через квантовую облачную службу Leap. Компания называет Advantage «первым квантовым компьютером, созданным для бизнеса». В этом ключе D-Wave сегодня также представила Launch, программу быстрого старта для предприятий, которые хотят начать создание гибридных квантовых приложений.

«Квантовый компьютер Advantage — это первый квантовый компьютер, спроектированный и разработанный с нуля для поддержки бизнес-приложений», — сказал VentureBeat генеральный директор D-Wave Алан Барац.«Мы разработали его, чтобы иметь возможность работать с большими и сложными коммерческими приложениями и поддерживать работу этих приложений в производственных средах. Нигде в мире нет другого квантового компьютера, который мог бы решать проблемы такого масштаба и сложности, как этот квантовый компьютер. Это действительно единственное устройство, на котором вы можете запускать настоящие бизнес-приложения. Остальные квантовые компьютеры — это в первую очередь прототипы. Вы можете экспериментировать, проводить небольшие проверки концепции, но ни одно из них не может поддерживать приложения в том масштабе, в котором мы можем.”

Квантовые вычисления используют кубиты (в отличие от битов, которые могут находиться только в состоянии 0 или 1, кубиты также могут находиться в суперпозиции двух) для выполнения вычислений, которые были бы намного сложнее или просто невыполнимы для классического компьютера. . Базирующаяся в Бернаби, Канада, D-Wave была первой компанией, которая начала продавать коммерческие квантовые компьютеры, построенные с использованием квантового отжига. Но D-Wave больше не продает квантовые компьютеры. Advantage и его более 5000 кубитов (по сравнению с 2000 в системе 2000Q компании) доступны только через облако.(Это означает через Leap или такого партнера, как Amazon Braket.)

5000+ кубитов, 15-канальное подключение кубитов

Если вас смущает фраза «более 5000 кубитов», вы не одиноки. Больше кубитов обычно означает больший потенциал для создания коммерческих квантовых приложений. Но D-Wave не дает конкретного количества кубитов для Advantage, потому что точное количество зависит от системы.

«По сути, D-Wave гарантирует доступность 5000 кубитов для пользователей Leap, использующих Advantage», — сказал VentureBeat представитель D-Wave.«Фактическое количество кубитов варьируется от чипа к чипу в каждой системе Advantage. Некоторые из чипов содержат значительно больше 5000 кубитов, а другие немного ближе к 5000. Но суть в том, что любой, кто использует Leap, будет иметь полный доступ как минимум к 5000 кубитам ».

Advantage также обещает 15-канальное подключение кубитов благодаря новой топологии чипа Pegasus, которую D-Wave подробно описала еще в феврале 2019 года (предшественник Pegasus, Chimera, предлагал шесть подключенных кубитов.Наличие каждого кубита, подключенного к 15 другим кубитам вместо шести, приводит к увеличению количества подключений в 2,5 раза, что, в свою очередь, позволяет встраивать более крупные и сложные задачи с меньшим количеством физических кубитов.

«Комбинация количества кубитов и связи между этими кубитами определяет, насколько большую проблему вы можете решить изначально на квантовом компьютере», — сказал Барац. «Благодаря процессору на 2000 кубитов мы могли изначально решать задачи в диапазоне от 100 до 200 переменных. С квантовым компьютером Advantage, имеющим вдвое больше кубитов и вдвое больше возможностей подключения, мы можем решать больше задач в диапазоне от 600 до 800 переменных.После того как мы рассмотрели различные типы проблем и сделали некоторые приблизительные вычисления, выяснилось, что в целом мы можем решить проблемы, примерно в 2,6 раза больше в системе Advantage, чем то, что мы могли бы решить на 2000-кубитном процессоре. Но это не должно быть ошибкой с проблемой размера, которую вы можете решить с помощью гибридного решателя, поддерживаемого квантовым компьютером Advantage ».

1 миллион переменных, одинаковые типы проблем

D-Wave сегодня также объявила о своем расширенном сервисе гибридного решателя, который сможет обрабатывать проблемы с 1 миллионом переменных (по сравнению с 10 000 переменных).Он будет общедоступен в Leap 8 октября. Предполагается, что решатель дискретной квадратичной модели (DQM) позволит предприятиям и разработчикам применять гибридные квантовые вычисления к новым классам задач. Вместо того, чтобы принимать проблемы только с двоичными переменными (0 или 1), решающая программа DQM использует другие наборы переменных (целые числа от 1 до 500, цвета и т. Д.), Расширяя типы проблем, которые могут выполняться в Advantage. D-Wave утверждает, что Advantage и DQM вместе позволят предприятиям «впервые запускать высокопроизводительные гибридные квантовые приложения в реальном времени.”

Другими словами, 1 миллион переменных означает решение крупномасштабных критически важных для бизнеса проблем. «Теперь, благодаря системе Advantage и усовершенствованиям службы гибридного решателя, мы сможем решать проблемы с количеством переменных до 1 миллиона», — сказал Барац. «Это означает действительно возможность решать коммерческие приложения промышленного масштаба».

В зависимости от технологии, на которой они построены, разные квантовые компьютеры, как правило, лучше решают разные задачи. D-Wave уже давно заявила, что ее квантовые компьютеры хороши для решения задач оптимизации, «а большинство бизнес-задач — это проблемы оптимизации», — утверждает Барац.

Advantage не сможет решать различные задачи типов по сравнению со своим предшественником 2000Q. Но в сочетании с DQM и огромным количеством переменных он может быть значительно более полезным для бизнеса.

«Архитектура та же», — подтвердил Барац. «Оба этих квантовых компьютера — это квантовые компьютеры отжига. Итак, класс проблем, типы проблем, которые они могут решить, одинаковы. Просто он другого масштаба и сложности.Процессор на 2000 кубитов просто не мог решить эти проблемы в том масштабе, который нужен нашим клиентам для их решения, чтобы они могли повлиять на их бизнес-операции ».

Запуск D-Wave

В марте D-Wave предоставила бесплатные квантовые компьютеры исследователям и разработчикам коронавируса. «В ходе этого процесса мы узнали, что, хотя у нас есть действительно хорошее программное обеспечение, действительно хорошие инструменты, действительно хорошее обучение, разработчики и компании по-прежнему нуждаются в помощи», — сказал Барац VentureBeat.«Помогите понять, какие проблемы лучше всего можно решить с помощью квантового компьютера, и как лучше всего сформулировать эти проблемы, чтобы получить максимальную отдачу от квантового компьютера».

D-Wave Launch, таким образом, сделает доступными для клиентов специалистов компании по приложениям и набор тщательно отобранных компаний-партнеров. Launch стремится помочь каждому понять, как наилучшим образом использовать квантовые системы D-Wave для поддержки своего бизнеса. Заполните форму на веб-сайте D-Wave, и вам будет предложена сортировка, чтобы определить, кто может лучше всего дать рекомендации.

«Чтобы действительно что-то делать с квантовым процессором, вам нужно стать клиентом Leap», — сказал Барац. «Но вам не обязательно сначала становиться клиентом Leap. Мы очень рады пообщаться с вами, чтобы помочь вам понять преимущества квантового компьютера и способы его использования ».

D-Wave предоставит «около 10» своих сотрудников как часть Launch, а также партнеров.

VentureBeat

Миссия VentureBeat — стать цифровой городской площадью, где лица, принимающие технические решения, могут получить знания о преобразующих технологиях и транзакциях.На нашем сайте представлена ​​важная информация о технологиях и стратегиях обработки данных, которая поможет вам руководить своей организацией. Мы приглашаем вас стать участником нашего сообщества, чтобы получить доступ:

  • актуальная информация по интересующим вас вопросам
  • наши информационные бюллетени
  • закрытого контента для лидеров мнений и доступ со скидкой к нашим призовым мероприятиям, таким как Transform 2021 : Узнать больше
  • сетевых функций и многое другое

Стать участником

Q-Day наступит раньше, чем мы думаем

«Q-Day» — это термин, который некоторые эксперты используют для описания того, когда крупномасштабные квантовые компьютеры могут факторизовать большие простые числа, которые лежат в основе наших общедоступных систем шифрования, например, те, которые должны защищать наши банковские счета, финансовые рынки и наиболее важную инфраструктуру.Это подвиг, который практически невозможен даже для самых быстрых суперкомпьютеров, но который могут обеспечить уникальные особенности квантовых компьютеров, использующие физику суперпозиции и запутанности.

Все больше сходится во мнении, что эта квантовая угроза реальна; Нет соглашения о том, сколько времени пройдет, прежде чем квантовый компьютер получит около 4000 стабильных кубитов, необходимых для удовлетворения требований алгоритма Шора для взлома этих систем шифрования.

Например, классическому компьютеру потребуется 300 триллионов лет, чтобы взломать ключ шифрования RSA-2048 бит.Квантовый компьютер может выполнить ту же работу всего за десять секунд с 4099 стабильными кубитами, но достижение этого числа является основной проблемой, с которой сталкиваются инженеры по квантовым компьютерам, поскольку стабильность или когерентность кубитов длится только микросекунды. Самый запутанный компьютер на сегодняшний день, Google
GOOG
Bristlecone имеет всего 72 стабильных кубита.

Тем не менее, последние четыре года я утверждал, в том числе в этой колонке, что Q-Day, вероятно, наступит раньше, чем могут предсказать даже квантовые ученые, и что сейчас время готовиться к защите наших уязвимых данных и сетей. .Другие предпочитают откладывать дела на потом, ссылаясь на других экспертов, которые говорят, что до такой угрозы еще не менее десяти лет. Тот факт, что Национальный институт стандартов и технологий не подготовит свои квантово-устойчивые стандарты алгоритмов до 2024 года и ожидает, что их внедрение продлится еще от пяти до пятнадцати лет, способствует самоуспокоенности, замаскированной под уверенность.

Квантовый компьютер. Концептуальный компьютерный рисунок электронной схемы с проходящим через нее синим светом … [+], представляющий, как данные могут управляться и храниться в квантовом компьютере.

getty

Но новые достижения в квантовой науке показывают, что это самоуспокоенность неуместна. Если крупномасштабный квантовый компьютер является окончательным термоядерным устройством в кибервойне, то грязная бомба — это квантовый отжигатель — и, вероятно, он появится раньше, чем думали даже эксперты.

Так называемые квантовые отжигатели, подобные тому, что использует канадская компания D-Wave Systems, Inc., способны вычислять самый низкий уровень энергии между различными состояниями запутанности кубитов, что является оптимальным решением.Эти машины доказали свою ценность в решении задач оптимизации, которые обычно ставят в тупик классические компьютеры, как я объяснил в своей колонке в прошлом месяце.

Неудивительно, что ученые незаметно находили способы превратить факторизацию — процесс дешифрования, который приводит к Q-Day — в проблему оптимизации вместо того, чтобы полагаться на алгоритм Шора, парадигму для обсуждения квантовой расшифровки с 1990-х годов. В 2019 году появились научные статьи, которые показали, как это сделать, включая факторизацию целых чисел с помощью «зашумленных» кубитов, т.е. рои квантовых битов, которые не запутаны идеально, как того требует крупномасштабный компьютер.

Один был создан китайскими учеными, которые нашли способ разложить большое число на множители, используя всего 89 шумных кубитов. Затем они показали, что можно факторизовать номер шифрования RSA-768 — текущую запись факторизации с использованием классических компьютеров — с 147 454 кубитами с шумом. Это крошечная доля от миллионов кубитов, которые потребуются большому квантовому компьютеру для достижения порогового значения в 4000 стабильных кубитов, и в пределах досягаемости архитектуры отжигателя, такого как D-Wave Systems.

В том же году пара исследователей из Google и Королевского технологического института в Стокгольме опубликовала статью, показывающую, как взломать 2028-битные целые числа RSA за 8 часов с использованием 20 миллионов зашумленных кубитов. Учитывая тот факт, что в 2012 году ученые предполагали, что для выполнения этого подвига потребуется 1 миллиардов кубитов, вскоре исследователи покажут, что они могут достичь этого с гораздо меньшим, чем 20 миллионами кубитов.

Конечно, в 2020 году три китайских исследователя нашли способ использовать квантовый компьютер D-Wave для факторизации больших целых чисел, который полностью обходит алгоритм Шора.«Таким образом, — заключили они, — постквантовая криптография должна дополнительно рассмотреть потенциал квантового компьютера D-Wave для расшифровки криптосистемы RSA в будущем».

Фактически, эти исследователи нашли способ превратить расшифровку с использованием квантовой технологии в простой процесс на сроках намного короче десяти лет: возможно, четыре-пять лет более вероятны.

Это то, что китайские ученые открыто публикуют. Мы не знаем, что происходит за кулисами, но можем поспорить, что если есть короткий путь к достижению того, что крупномасштабный квантовый компьютер может делать с помощью технологии отжига, их военные и разведывательные службы захотят это выяснить.

Все это существенно меняет расписание Q-Day и наши стратегические расчеты. Мало того, что расшифровка на основе квантовой технологии появится раньше, но благодаря отжигу эта функция взлома кода станет более доступной для других машин, чем чрезвычайно дорогие крупномасштабные компьютеры, над которыми работают Google, Microsoft и другие, — что создает угрозу в пределах досягаемости мелких государственных или даже негосударственных субъектов.

Вот почему аналогия с грязной бомбой так уместна. Зачем играть в квантовое будущее? Технология отжига делает квантовую подготовку более важной, а приступить к работе сейчас — более настоятельной необходимостью, чем когда-либо.

Самый мощный квантовый компьютер D-Wave ограничен, но готов

В обеих странах споры и внимание средств массовой информации возвращаются к несоответствию между мечтой и реальностью: хотя эти новые автомобильные бренды известны тем, что сделали мир на шаг ближе к себе — управляющие автомобилями, реальные продаваемые автомобили все еще далеки от полностью автономных. Пекин и Вашингтон все чаще задаются вопросом, не обещают ли эти автопроизводители слишком много и вводят ли водителей в заблуждение в чрезмерную зависимость от своих автомобилей.

На данный момент ни китайские, ни американские регуляторы не нашли ответа. Именно водители Tesla, NIO и многих других брендов умных автомобилей берут на себя расходы по этой все еще футуристической мечте.

Выберите число от (L) 2 до (L) 3

12 августа 31-летний предприниматель и инвестор Линь Вэньцинь погиб в дорожно-транспортном происшествии на юго-востоке Китая. На фотографиях видно, что NIO ES8, которым управлял Линь, высококлассный внедорожник, сопоставимый с Tesla Model X, врезался в автомобиль большой грузоподъемности, припаркованный на шоссе.Согласно некрологу, опубликованному друзьями и семьей Линь два дня спустя, когда произошла авария, автомобиль Лин находился в автономном режиме вождения NIO.

Возможность того, что в аварии виновата система автоматического вождения, сразу же привлекла внимание социальных сетей. На сегодняшний день полиция не проинформировала общественность о своем расследовании, а компания NIO заявила в своем заявлении, что не будет публиковать никакой информации до завершения полицейского расследования. Но отвечая на вопрос китайского издания Beijing News, NIO подчеркнул, что «NOP по-прежнему является функцией вспомогательного вождения.Это не должно рассматриваться как функция автономного вождения ». NIO не ответил на запрос протокола о комментарии.

Вопрос в том, знают ли жертва, водители NIO и других автономных транспортных средств разницу.

В США и Китае действуют аналогичные стандарты, определяющие, насколько «автономным» является транспортное средство. Автомобили сгруппированы по шести категориям: от L0, где все управляет водитель, до L5, где автомобиль выполняет все задачи. Сегодня японский бренд Honda может похвастаться единственная серийно производимая модель, которая достигла уровня L3, Honda Legend, критическая веха, которая освобождает водителя от наблюдения за дорогой.

Но ясность на бумаге не очень хорошо реализуется, особенно когда производитель автомобилей не всегда заинтересован в признании того, насколько ограничены их технологии автономного вождения.

Многие китайские производители автомобилей, которым еще предстоит достичь уровня L3, сосредоточили внимание на том, как сделать их технологии вспомогательного вождения более привлекательными, чем у их конкурентов. В результате они продавали свои автомобили, используя такие термины, как «L2 Plus» (BYD), «L2.5» (Jetour), «L2.75» (XPeng) и даже «L2.99 дюймов (Chery).

Система нумерации сбивает с толку, но становится еще хуже, когда компании придумывают сокращения. Между NOP (навигация на пилоте) и NAD (автономное вождение NIO), Tesla NAP (навигация на автопилоте) и NGP от XPeng (Navigation Guided Pilot), стало трудно сказать, какая технология более продвинута.

В Соединенных Штатах Tesla столкнулась с множеством проблем, назвав свою систему автопилота «полностью самоуправляемой». другие автомобильные бренды применили ту же тактику, намеренно или нет, чтобы стереть границы между вспомогательным вождением и автономным вождением.Самый вопиющий пример, по словам Син Лэя, аналитика автомобильной промышленности и бывшего главного редактора пекинского журнала China Auto Review, — это когда в апреле шанхайский бренд Weltmeister публично объявил, что у него «первая серийная машина собственного производства. вождение машины за городом »приравнивая к L4. Но позже выяснилось, что техника была доступна только тогда, когда машина стояла.

Размытые линии

Возможно, более серьезной проблемой является пропасть между вспомогательным вождением — тем, что на самом деле предлагает автомобиль L1 или L2 — и «автономным вождением» или «автономным вождением».

После недавней аварии на шоссе Ли Сян, основатель и генеральный директор китайского автомобильного бренда Li Auto, призвал отрасль воздерживаться от использования слова «自动» (что означает «самостоятельный» или «автономный») в своем маркетинге. достигнув стадии L4.

На бумаге NIO, кажется, проделал достойную работу, объясняя свою технологию. Согласно китайскому изданию LatePost, в руководстве NIO для водителя для своей модели ES8, состоящем из 100 000 символов, говорится только об «самостоятельном вождении». один раз, и это должно предупредить, что автопилот не означает самоуправление.На его веб-сайте это слово также никогда не появлялось при описании имеющихся в настоящее время моделей.

«Я разговаривал с тремя или четырьмя продавцами Tesla China и двумя продавцами NIO», — сказал протоколу владелец Tesla из Шэньчжэня, пожелавший остаться неизвестным. «Когда я спросил их, есть ли у них автомобили с автоматическим управлением, все они показались мне хорошо обученными и сказали, что это вспомогательное вождение, а не самоуправление».

Но некоторые покупатели не довольны усилиями NIO научить различать. На форуме обсуждения приложения NIO один покупатель по прозвищу «незаполненный желудок» написал: «Я могу сказать вам громко и ясно, что это невозможно», чтобы каждый мог правильно понять систему автопилота NIO.«По крайней мере, когда я купил машину, мне все говорили, что Navigate on Pilot дает вам возможность управлять автомобилем».

Водители явно расходятся во взглядах. Вскоре после аварии 500 владельцев NIO подписали открытое письмо в поддержку компании, пообещав, что компания хорошо поработала, научив их различию между вспомогательным вождением и автономным вождением. Но затем последовала обратная реакция, когда другие драйверы NIO начали использовать хэштег «Отклонить открытое письмо» в приложении NIO.

Клиенты часто хотят, чтобы думал, что их автомобили мощнее, чем они есть на самом деле.«После того, как компании по производству автономных транспортных средств преувеличивают свои возможности, некоторые потребители, особенно те, кто молод и гонится за новыми технологиями, могут попытаться выставить напоказ или поиграть с системой, — сказал Син Протоколу, — и это очень опасно».

Что, меня регулируют?

Очевидно, что ни китайские, ни американские регуляторы не решают эту проблему. В тот же день со смертельным исходом министерство промышленности и информационных технологий Китая опубликовало новое постановление, в котором производителям автономных автомобилей было предложено обеспечить наличие механизма безопасности, определяющего, остаются ли руки водителя на руле.Но США и Китай находятся на пустом месте, когда дело доходит до определения того, преувеличивают ли автомобильные компании свои технологии и до какой степени это следует запретить.

Между тем автопроизводители продолжают изображать большое будущее без водителя, даже если это еще не предлагается конкретным продуктом, который они сейчас продают. Хотя NIO старается не называть свою нынешнюю пилотную систему «самоуправляемой», она свободно добавляет это слово при описании своей новейшей технологии, NAD, более сложной системы, которая будет выпущена на автомобилях NIO в 2022 году.После выпуска NAD обеспечит «более безопасное и расслабляющее автономное вождение из точки А в точку Б», говорится на сайте.

Как всегда, дьявол — или, в данном случае, реальность — прячется в мелком шрифте. Внизу страницы NAD светло-серым цветом и мелким текстом написано: «NAD в описании предназначен только для помощи водителю и не может полностью заменить управление водителем или справиться со всеми возможными дорожными, погодными и дорожными условиями».

D-Wave демонстрирует преимущество в производительности при квантовом моделировании экзотического магнетизма

Кредит: CC0 Public Domain

D-Wave Systems Inc.сегодня опубликовал важное исследование в сотрудничестве с учеными из Google, демонстрирующее преимущество в производительности вычислений, увеличивающееся как с размером моделирования, так и с увеличением сложности задачи, более чем в 3 миллиона раз по сравнению с соответствующими классическими методами. Примечательно, что эта работа была выполнена на практическом применении с реальными последствиями, имитируя топологические явления, стоящие за Нобелевской премией по физике 2016 года. Это преимущество в производительности, продемонстрированное в сложном квантовом моделировании материалов, является значимым шагом на пути к преимуществу приложений в квантовых вычислениях.

Работа ученых из D-Wave и Google также демонстрирует, что квантовые эффекты могут быть использованы для обеспечения вычислительного преимущества процессоров D-Wave в масштабе проблемы, требующей тысячи кубитов. Недавние эксперименты, проведенные на нескольких процессорах D-Wave, на сегодняшний день представляют собой крупнейшее квантовое моделирование, выполненное существующими квантовыми компьютерами.

Статья, озаглавленная «Преимущество масштабирования над интегралом по путям Монте-Карло в квантовом моделировании геометрически фрустрированных магнитов», была опубликована в журнале Nature Communications .Исследователи D-Wave запрограммировали систему D-Wave 2000Q для моделирования двумерного фрустрированного квантового магнита с использованием искусственных спинов. Поведение магнита описано в работе физиков-теоретиков Вадима Березинского, Дж. Майкла Костерлица и Дэвида Таулесса, удостоенных Нобелевской премии. Они предсказали новое состояние материи в 1970-х годах, характеризуемое нетривиальными топологическими свойствами.

Это новое исследование является продолжением предыдущей прорывной работы, опубликованной командой D-Wave в статье Nature 2018 года, озаглавленной «Наблюдение топологических явлений в программируемой решетке из 1800 кубитов.»В этой последней статье исследователи из D-Wave вместе с участниками из Google используют процессор с низким уровнем шума D-Wave для достижения высочайшей производительности и более глубокого понимания динамики процессора, чего раньше не наблюдалось.

Предоставлено: D-Wave Systems

. «Эта работа является самым ярким доказательством того, что квантовые эффекты обеспечивают вычислительное преимущество процессоров D-Wave», — сказал д-р Эндрю Кинг, главный исследователь этой работы в D-Wave.«Связывание магнита в топологический узел и наблюдение за его выходом дало нам первый детальный взгляд на динамику, которую обычно слишком быстро наблюдать. мы надеемся на это. Это моделирование — реальная проблема, которую ученые уже атаковали, используя алгоритмы, с которыми мы сравнивали, отмечая значительную веху и важную основу для будущего развития. Сегодня это было бы невозможно без процессора D-Wave с низким уровнем шума. .«

«Поиск квантовых преимуществ в вычислениях становится все более активным, потому что есть особые проблемы, в которых действительно наблюдается прогресс. Эти проблемы могут показаться несколько надуманными даже физикам, но в этой статье, созданной в результате сотрудничества между D-Wave Systems, Google, и Университета Саймона Фрейзера, похоже, что существует преимущество квантового отжига с использованием процессора специального назначения по сравнению с классическим моделированием для более «практической» проблемы нахождения состояния равновесия конкретного квантового магнита », — сказал проф.Доктор Габриэль Эппли, профессор физики ETH Zürich и EPF Lausanne, а также руководитель отдела фотонных наук Института Пауля Шеррера. «Это вызывает удивление, учитывая, что многие считают, что квантовый отжиг не имеет существенного преимущества перед программами Монте-Карло с интегралом по путям, реализованными на классических процессорах».

«Возникающие квантовые технологии превращаются в практические инструменты только тогда, когда они оставляют классические аналоги в пыли при решении реальных проблем», — сказал Хидетоси Нисимори, профессор Института инновационных исследований Токийского технологического института.«Ключевой шаг в этом направлении был достигнут в этой статье, поскольку явное доказательство масштабирующего преимущества квантового отжига над неприступным конкурентом классических вычислений в моделировании динамических свойств сложного материала. Я посылаю искренние аплодисменты команде».

«Успешная демонстрация таких сложных явлений сама по себе является еще одним доказательством программируемости и гибкости квантового компьютера D-Wave», — сказал генеральный директор D-Wave Алан Барац.«Но, возможно, еще более важным является тот факт, что это не было продемонстрировано на синтетической или« уловочной »задаче. Это было достигнуто на реальной задаче в физике с использованием стандартного инструмента моделирования — демонстрация практической ценности D — Волновой процессор. Мы всегда должны делать две вещи: развивать науку и повышать производительность наших систем и технологий, чтобы помочь клиентам разрабатывать приложения, имеющие реальную ценность для бизнеса. Такой научный прорыв нашей команды соответствует этой миссии. и говорит о растущей ценности, которую можно извлечь из квантовых вычислений сегодня.«

Научные достижения, представленные в Nature Communications , дополнительно подкрепляют текущую работу D-Wave с клиентами мирового уровня по разработке более 250 ранних приложений квантовых вычислений, при этом ряд пилотных приложений для производственных приложений в различных отраслях, таких как производство, логистика, фармацевтика и др. науки о жизни, розничная торговля и финансовые услуги. В сентябре 2020 года D-Wave вывела на рынок свою квантовую систему Advantage следующего поколения через квантовую облачную службу Leap.Система включает более 5000 кубитов и возможность подключения к 15 кубитам, а также расширенную службу гибридного решателя, способную решать бизнес-задачи с использованием до одного миллиона переменных. Сочетание вычислительной мощности и масштабируемости Advantage с сервисом гибридного решателя дает предприятиям возможность впервые запускать производительные, реальные квантовые приложения.


D-Wave объявляет о запуске нового квантового компьютера Advantage для использования в бизнесе


Дополнительная информация:
Nature Communications (2021 год).DOI: 10.1038 / s41467-021-20901-5

medium.com/d-wave/d-wave-insig… esearch-e6c4f0fb5409

Предоставлено
Системы D-Wave

Ссылка :
D-Wave демонстрирует преимущество в производительности при квантовом моделировании экзотического магнетизма (2021, 18 февраля)
получено 22 августа 2021 г.
с https: // физ.org / news / 2021-02-d-wave-Advance-Quantum-Simulation-Exotic.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

D-Wave запускает свою систему Advantage из 5000+ кубитов — TechCrunch

D-Wave объявила о выпуске новых квантовых компьютеров Advantage.Эти новые системы с более чем 5000 кубитами и 15-канальным подключением кубитов теперь доступны на платформе облачных вычислений Leap. Это по сравнению с 2000 кубитами в предыдущей системе, которая обеспечивала шестистороннюю связь. Используя гибридный решатель Leap, который сочетает в себе классические процессоры и графические процессоры с квантовой системой компании, пользователи теперь могут решать значительно более сложные задачи благодаря большему количеству кубитов и соединений.

«Имея более чем в два раза большее количество кубитов, более чем в два раза увеличивая возможности подключения, и имея более чем в пять раз большее количество устройств на сверхпроводящем чипе, мы по-прежнему можем программировать его за такое же количество времени, считывать в том же количестве. времени, запустите его при той же температуре — это означает, что мы можем продолжить масштабирование технологии », — сказал генеральный директор D-Wave Алан Барац, который никогда не боится сравнивать системы своей компании с системами конкурентов.«Это действительно важный момент, потому что на протяжении многих лет были различные так называемые эксперты, которые говорили, что технология D-Wave просто не будет масштабироваться. И все же мы являемся единственной технологией квантовых вычислений, получившей масштабное развитие ».

Кредиты изображений: Системы D-Wave

Некоторые из конкурентов D-Wave, которые со временем расширили свои системы, вероятно, обидятся на это, но стоит отметить, что подход к квантовому отжигу D-Wave сильно отличается от того, что используют конкуренты.

Как объяснил Барац, этот новый процессор был разработан с нуля с использованием нового производственного стека.

В следующем месяце D-Wave также запускает крупное обновление своего решателя, дискретно-квадратичного решателя.

«До сих пор наш гибридный решатель работал над двоичными квадратичными задачами, задачами, в которых переменными были двоичные переменные — ноль или единица, плюс и минус единица, если вы физик», — пояснил Барац. Вы можете масштабировать это, добавляя больше переменных, но это позволяет вам зайти так далеко.Теперь, с этой новой системой, разработчики могут использовать дискретные переменные с количеством переменных до миллиона, что, по мнению D-Wave, расширит набор проблем, с которыми разработчики могут справиться с помощью своих систем. Например, планирование, которое является приятным местом для систем D-Wave, является одной из областей, в которой компании теперь могут решать значительно более крупные проблемы. Барац также отметил, что сворачивание белка — это еще одна область, в которой пользователи теперь могут также заняться решением более серьезных реальных проблем.

Кредиты изображений: Системы D-Wave

Одной из компаний, использующих сегодня эту систему для дизайна белков, является Menten AI.

«Сегодня мы используем квантовую технологию для создания белков. «Используя гибридные квантовые приложения, мы можем решать астрономические задачи проектирования белков, которые помогают нам создавать новые белковые структуры», — сказал Ханс Мело, соучредитель и генеральный директор Menten AI. «Мы наблюдали чрезвычайно обнадеживающие результаты, когда гибридные квантовые процедуры часто находили лучшие решения, чем конкурирующие классические решатели для разработки de novo белков. Это означает, что мы можем создавать более качественные белки и, в конечном итоге, способствовать открытиям новых лекарств.”

Что касается других применений в реальном мире, Volkswagen, например, теперь использует гибридный решатель D-Wave для запуска своего приложения для планирования покрасочных цехов, в то время как канадская компания Save-On-Foods тестирует его, чтобы оптимизировать некоторые из своих процессов и ускорить их. расчеты.

Другой новый продукт, выпускаемый компанией, — это D-Wave Launch, новая услуга «белые перчатки», призванная помочь предприятиям начать работу с квантовыми вычислениями. D-Wave объединит предприятия с экспертами в определенной области — и от таких партнеров, как Accenture — для обеспечения успеха этих пользователей.

«До сих пор многие разработчики и заказчики квантовых вычислений были исследовательской частью компании, которая действительно просто хотела поиграть с системами, провести некоторые исследования и эксперименты. Но по мере того, как вы начинаете переходить к той части бизнеса, которая хочет создавать настоящие бизнес-приложения, это именно те, которые мы ищем сейчас », — пояснил Барац.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *