D-Wave – небольшая канадская компания – пока единственная в мире продает коммерческие образцы компьютеров, работающих на квантовых эффектах. И эта компания заполучила сегодня, наверное, самых лучших клиентов, о которых только можно было бы мечтать: Google и аэрокосмическое агентство NASA. 

Два супер-гиганта в своих областях создали некоммерческую университетскую организацию Universities Space Research Association (USRA) и намерены начать исследования и разработки в области квантовых вычислений на базе «квантового компьютера» D-Wave.

Новое совместное предприятие Google и NASA объединило силы с D-Wave и планирует установить новейший квантовый компьютер D-Wave Two в стенах лаборатории Quantum Artificial Intelligence Lab при исследовательском центре NASA Эймс в Калифорнии. 

В лаборатории будет проводится работа по изучению возможностей машинного обучения – сортировке и анализу больших массивов данных с помощью новых аппаратных средств на базе уже имеющегося опыта. 

Область исследования затронет такие вещи, как машинный перевод, распознавание образов и распознавание речи. «Мы действительно думаем, что компьютеры, использующие в работе квантовые эффекты могут обеспечить наиболее эффективное решение сложных для традиционной вычислительной техники проблем», говорится в публикации, размещенной в блоге Google.

Google и NASA – это не первые серьезные заказчики канадской D-Wave, до этого с компанией заключило большую сделку крупнейшее в мире предприятие ВПК Lockheed Martin (Вифезда, штат Мэриленд), которое в 2011 г. за 10 миллионов долларов приобрело у D-Wave квантовый компьютер, работающий ныне в Центре Квантовых Вычислений при университете Южной Калифорнии (USC) в Лос-Анджелесе. Совсем недавно, в марте текущего года, в Lockheed приняли решение купить новую модель квантового компьютера D-Wave.

Оба компьютера из центров квантовых вычислений – как в Эймсе, так и в USC, имеют 20 процентов зарезервированного компьютерного времени, доступного сторонним ученым, которые могут изучить возможности перспективной технологии и понять, какие конкретно задачи она способна решать наиболее эффективно.

 

D-Wave нашла альтернативу традиционной ЭВМ?

Компьютеры D-Wave – необычные компьютеры, в которых вместо обычных битов используются так называемые кубиты (или квантовые биты) – биты которые могут находиться сразу в двух состояниях – 0 и 1, одновременно. Квантовые компьютеры или «адиабатические» компьютеры не функционируют по принципам обычной вычислительной техники, справедливым как для аналитической машины Чарльза Бэббиджа (1822), так и современных суперкомпьютеров. Для своей работы они используют не выполнение логических операций над битами, а квантовую логику и квантово-механические эффекты. 

В случае с машинами D-Wave используются адиабатические квантовые вычисления, что значительно ограничивает их по сравнению  с квантовыми компьютерами в классическом понимании выражения. Адиабатические квантовые компьютеры «заточены» под решение одной задачи — поиск оптимального решения функции, определенного общим состоянием всех кубитов. 

512-кубитный процессор D-Wave

При этом выполнение манипуляций с отдельно взятыми кубитами невозможно, правда это и не входит в обязанности таких устройств. Но даже несмотря на относительную ограниченность компьютеров D-Wave по сравнению с настоящими квантовыми компьютерами, у них есть масса преимуществ перед традиционными машинами в ряде специфических задач.

Примером тому может стать сравнительное тестирование адиабатического компьютера D-Wave и «обычного» компьютера, проведенное в мае 2013 профессором канадского Amherst College, Катериной МакГью. Ученая опубликовала результаты сравнения D-Wave One (с процессором Vesuvius) с четырёхпроцессорной рабочей станцией на базе 2,4 ГГц чипа Intel с 16 ГБ оперативной памяти. В первом же тесте одна из специфических задач QUBO была решена на компьютере D-Wave One за половину секунды, сопернику на базе традиционных чипов Intel для выполнения той же задачи потребовалось 30 минут (выигрыш по скорости — 3600 раз). В третьем тесте компьютер D-Wave One за отведенное время – 30 минут – обнаружил решение 28 из 33 проблем, его собрату на базе процессоров Intel за полчаса удалось решить лишь 9 проблем.

Адиабатические компьютеры хорошо подходят для решения «оптимизационных проблем», пока это далеко не универсальные вычислительные машины, которые могут решить широкий круг задач (увы, Crysis 3 на квантовых компьютерах пока «не пойдет»). Однако при помощи таких узкоспециальных вычислительных систем ученые и исследователи из разных областей могут решать задачи, которые не под силу традиционным ЭВМ – это и фолдинг белков, и криптографические изыскания, сортировки массивов разнородных данных, оптимальное распознавание паттернов и машинное обучение. В любом случае, квантовые компьютеры хороши в сочетании с «обычными» компьютерами.

Интересно, что в последнее время тема широко освещается в СМИ и квантовым вычислениям уделяется большое внимание как одной из перспективнейших технологий. Хорошей иллюстрацией этому может послужить растущая заинтересованность гигантов вроде Google, Lockheed и NASA, в повседневные задачи которых входит обработка огромных объемов важной информации. Если тема настолько актуальна, значит квантовые вычисления начинают свой путь в нашу повседневную жизнь, как начинали его в свое время громоздкие мейнфреймы, превратившиеся сегодня в черную коробочку, умещающуюся в кармане.