Kwantowy komputer D‑wave tysiące razy szybszy od klasycznych maszyn, ale za jaką cenę?

Jest dobrze (albo źle – zależy kogo pytać). Wszystkie obawy inadzieje związane z komputerami firmy D-Wave możemy porzucić.Niedawno udałosię potwierdzić, że faktycznie są one maszynami działającymina poziomie kwantowym, ale ich zastosowanie sprowadza się dorozwiązywania problemów z zakresu dyskretnej optymalizacji. Nie sąto jednak problemy, które stoją poza zasięgiem maszyn o klasycznejarchitekturze, a co więcej wygląda na to, że przewaga maszynkwantowych pozostaje dyskusyjna.Catherine McGeoch i Cong Wang to uczeni, którzy po raz pierwszyzdołali porównać ze sobą możliwości komputerów kwantowych iklasycznych w rozwiązywaniu problemów optymalizacji klasyfikowanychjako NP-trudne.Opublikowany przez nich artykuł pt. Experimental Evaluation of an Adiabiatic Quantum System for Combinatorial Optimization opisuje eksperymenty, w którym wykorzystano komputer kwantowy D-Wave Two,realizujący proces kwantowego wyżarzania z użyciem 439 kubitów wprocesorze Vesuvius V5, hybrydowy BlackBox, łączący heurystyczne,software'owe wyszukiwania ze sprzętowymi zapytaniami do układuVesuvius, oraz stacje robocze Lenovo ThinkStation i Lenovo d20, zprocesorami Xeon E5-2609 i Xeon X5550, działające pod kontroląUbuntu 12.04 i Fedory 15, na których uruchomiono trzy software'owesystemy rozwiązywania problemów optymalizacji – CPLEX, METSlibTabu i Akmaxsat.[img=d-wave2]Wykonane ze sprzężonychelektromagnetycznie pierścieni niobu kubity w procesorach D-wave sąbardzo wrażliwe na warunki otoczenia, dlatego czipy te schładzanesą do temperatury niemal absolutnego zera (dokładnie 0,02 K) iosłaniane przed promieniowaniem z zewnątrz. Nawet jednak takiewarunki nie zapewniają całkowitej pewności, że nie doszło dozakłóceń, dlatego każda operacja powtarzana jest tysiąckrotnie,aby zapewnić przynajmniej statystyczną pewność jej poprawności.Gdyby z tego zrezygnować, szybkość maszyn kwantowych byłabyjeszcze większa – ale wartość uzyskiwanych rozwiązańpozostawałaby pod znakiem zapytania.Wyniki testów pokazały, że dlatych problemów optymalizacji, które można uruchomić bezpośredniona kwantowych procesorach, maszyny D-wave okazały się ponad czterytysiące razy szybsze od rozwiązań software'owych. Najtrudniejszy zrozwiązywanych problemów został rozwiązany przez D-wave Two wciągu pół sekundy, podczas gdy najlepszy z systemówsoftware'owych, CPLEX, potrzebował na to 30 minut. W problemach,które trzeba było rozbić na „zrozumiałe” dla kwantowegoprocesora podproblemy (za pomocą hybrydowego Blackboksa), wynikikomputerów kwantowych i software'owych systemów były już bardziejporównywalne. Przetestowano też najnowszy eksperymentalny procesorVesuvius V6 – okazał się on jakieś 10 tys. razy szybszy odCPLEX-a.Zanim jednak D-Wave odtrąbisukces, warto zauważyć jedną rzecz: wykorzystany w testach D-WaveTwo kosztuje 10 mln dolarów, podczas gdy software'owe systemyoptymalizacyjne były uruchamiane na stacjach roboczych kosztującychokoło 1500 dolarów. Tymczasem mając w kieszeni 10 mln dolarów,można się już zastanawiać nad zamówieniem w IBM superkomputerówz mocami obliczeniowymi rzędu petaflopsów, na których możnarozwiązywać wszelkiego rodzaju problemy. Nie wiadomo też, czysoftware'owe symulacje kwantowego wyżarzania, realizowane namaszynach klasycznych, nie okażą się znacznie bardziej wydajne,niż przetestowane przed badaczy systemy – piszą oni, żeprowadzone są w tej kwestii dopiero pierwsze prace.Dla firm takich jakLockheed-Martin, dysponujących budżetami uwolnionymi od rynkowychrealiów (ostatecznie amerykański sektor zbrojeniowy nie musi sięspecjalnie martwić o finansowanie), maszyny od D-Wave mogą byćwięc ciekawym, przydatnym narzędziem. Dla wszystkich innych sensich zastosowania pozostaje pod znakiem zapytania. Niemniej dobrze, żesą klienci na takie egzotyczne technologie. Dzięki nim zmniejszamyryzyko utknięcia w ślepych uliczkach postępu – kto wie, czy za10 lat przewagi w wydajności kwantowych komputerów nieusprawiedliwią wreszcie ich oszałamiających cen.