D-Wave dodaje novi hardver svom „žarećem“ kvantnom računalu

Kanadska tvrtka D-Wave koja praktično ima jedino funkcionalno i komercijalno dostupno kvantno računalu, svom pristupu „žarećih“ kubita odlučila je dodati i klasične kubite bazirane na logičkim sklopovima kojima barataju ostali koji se pokušavaju baviti ovom granom računalstva

Kanadski D-Wave, o kojemu smo pisali više puta na ovim stranicama , ali i unutar časopisa, fascinantan je na više načina. Ponajprije je tu činjenica da su se kvantnim računalstvom odlučili baviti na svoj originalni način koristeći pristup „kvantnog žarenja“ (quantum annealing) koji spaja više međusobno povezanih kubita u zajedničku „juhu“ na kojoj se onda izvodi konačna kvantna dekoherencija, odnosno očitavanje diskretnog, konačnog stanja koje je rješenje zadanog problema.

Naime, ako je netko zaboravio, kvantni bitovi, kubiti, imaju to neobično kvantno svojstvo da su prije očitanja (pod uvjetom da sistem radi kako spada i nema vanjskih interferencija) u svim mogućim vrijednostima između 0 i 1, a tek njihovim očitavanjem dobivaju svoju konačnu diskretnu vrijednost.

Za razliku od D-Wavea, uobičajeni pristup kvantnom računalstvu je stvaranje logičkih sklopova kao u klasičnom računalstvu gdje svaki barata pojedinim kubitom.

Prema D-Waveovoj filozofiji, odnosno 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.

Ovaj stav nije posve besmislen jer dok se drugi timovi koji rade na razvoju kvantnog računalstva, a koji koriste filozofiju repliciranja logičkih sklopova iz klasičnog računalstva u kvantno računalstvo mogu pohvaliti sa svega nekolicinom istodobno funckionalnih i dostupnih kubita, obično do funkcionalnih kubita, a rijetko tko ima 20, dotle D-Waveovi „žareći“ kubiti dolaze u grupama od po nekoliko tisuća. Najnovija verzija njihovog kvantnog procesora Advantage (koji se stalno nadograđuje) ima tako 5.000 kubita, što je cifra koju niti jedan drugi takmac ne može ni približno doseći, a što je još važnije, 40.000 njihovih međusobnih interkonekcija.

Za skup problema koji se rješavaju na D-Waveovim računalima, a to su praktički jedino optimizacijski problemi, pokazalo se da je pored broja kubita najvažniji broj njihovih međusobnih veza, odnosno mogućnost da se kubit koristi kao veza između dva kubita među kojima ne postoji direktna veza.

Dakle, 5.000 kubita treba shvatiti kao teoretski maksimum ovoga procesora, dok stvarni maksimum ovisi o konkretnom problemu i o tome koliko je kubita potrebno povezati za njegovo rješavanje.

Međutim, za razliku od „klasičnih“ kubita koji emuliraju logičke sklopove ne-kvantnih računala, moguća nenamjerna dekoherencija ovih kubita ne daje kompletno pogrešan rezultat, već zbog naravi procesora i problema koji se na njemu rješavaju, konačno rješenje može biti suboptimalno. Dakle, ako se traži, primjerice, najkraći put, neželjena dekoherencija jednog (ili više) kubita na Advantageu neće dati posve pogrešan rezultat, nego tek rezultat koji nije maksimalno optimiziran.

Ovo su, dakle, prednosti D-Wavea nad kvantnom konkurencijom: posve funkcionalno, komercijalno kvantno računalo (u oblaku – neće vam ga prodati za doma) koje je u stanju rješavati realne problema, a ne samo služiti za teoretsko nabadanje po par kubita i učenje rada s njima, te rješenja koja i kad nisu optimalna, ipak su točna.

Problemi su u tome da u odnosu da na druga kvantna računala koja već ionako imaju bitno sužen skup problema koje je na njima moguće rješavati, D-Waveovi žareći kubiti mogu rješavati još manji skup problema. (Odgovor na uobičajenu šalu za kvantna računala „Može li se na tome vrtiti Crysis?“ je, dakle, ne – nisu napravljena za taj tip računalstva).

I tako, bez obzira na raniju dictu osnivača tvrtke, doktora Geordijea Rosea da je kopiranje logičkih sklopova klasičnog računalstva u kvantno računalstvo bila greška kojoj ćemo se u budućnosti smijati, D-Wave je odlučio svom Advantage procesoru dodati i – kubite s logičkim sklopovima kakve prave i drugi koji se bave kvantnim računalstvom

Konkretno, pored uobičajenih Josephsonovih spojeva koji se koriste u kvantnom računalstvu (D-Waveovim kao i svim ostalima), tvrtka je odlučila koristite takozvane flux kubite, a koji su zapravo petlje supravodljivog metala koji presjeca veći broj Josephsonovih spojeva, a svaki kvantni bit tvori više takvih sklopova.

Za sada se ne zna koliki će biti prinos (yield) novih čipova s ovakvim kubitima, odnosno koliko će biti iskoristivih kubita po čipu, a u D-Waveu se ne usuđuju prognozirati prije kraja iduće, ili početak 2023. godine kada očekuju da će nova verzija procesora koja će kombinirati i ove kubite biti dostupna.

Za iduću godinu, pak, sprema se Advantage 2, procesor s maksimalno 7.000 žarećih kubita, ali i novim Ocean kompajlerom koji bi trebao dodatno pojednostavniti rad s D-Waveovim računalom.

Naime, iako je sam proces kvatnog izračuna odnosno iščitavanja kvantnih kubita (dekoherencije) trenutne naravi, priređivanje problema za prezentiranje kvantnom računalu zahtjeva klasično računalo i korištenje QUBO optimizacije koja spada u takozvane NP teške probleme. Do sada je pretvaranje problema u QUBO notaciju bilo na programerima koji koriste računalo, a nova verzija kompajlera bi trebala omogućiti „klasično“ zadavanje problema koje će onda kompajler (na klasičnom računalu) prebaciti u QUBO format i dalje proslijediti kvantnom računalu što bi trebalo dodatno olakšati njegovo korištenje i uvelike povećati krug potencijalnih korisnika jer se sve skupa radi o niši unutar niše (unutar niše) onih koji razumiju za što D-Wave i kvantno računalstvo mogu koristiti i onih koji su u stanju predstaviti problem na način na koji ga kvantno računalo može prihvatiti.

Inače je na D-Waveovim stranicama moguće pristupiti Oceanu koji je program otvorenog koda i vidjeti što se traži od potencijalnih korisnika njihovog računala.

Ukratko, za godinu ili najkasnije godinu i pol, vidjet ćemo hoće li novi hibridni pristup kvantnom računalstvu – žareći kubiti u kombinaciji s logičkim sklopovima koji barataju kubitima, dati novu funkcionalnost ovome za sada najkomercijalnijem i najfunkcionalnijem kvantnom računalu koje postoji zadnjih nekoliko godina.