D-Wave - pierwsze komputery kwantowe już chodzą

[father Tucker]

http://www.dobreprogramy.pl/Cala-pr...jakich-sie-obawialiscie,Aktualnosc,40832.html

Gdy dwa lata temu kanadyjska firma D-Wave zaprezentowała maszynę D-Wave One, określaną jako pierwszy na świecie komputer kwantowy, naukowcy nie bardzo wiedzieli, co o tym myśleć. Z jednej strony eksperci z MIT deklarowali, że to oszustwo, nic nie mające wspólnego z kwantowymi procesami, z drugiej strony Lockheed-Martin kupił za 10 mln dolarów ten kwantowy komputer do wyszukiwania błędów w oprogramowaniu myśliwca F-35. Nie pomagała całej sprawie widowiskowa tajemniczość decydentów firmy, lubujących się w prezentowaniu podświetlonych czarnych monolitów, ale niewiele chcących powiedzieć o tym, jak ich sprzęt działa.
Dzisiaj sceptyków zostało niewielu. Wygląda na to, że faktycznie D-Wave One jest komputerem kwantowym, a nie klasyczną maszyną przebraną w „kwantowe szaty” z marketingowych powodów. Jednocześnie jednak nie jest to taki kwantowy komputer, o którym fantazjują zajmujący się kryptografią matematycy. Efekt kwantowego wyżarzania, wykorzystywany przez maszyny D-Wave, ma tylko ograniczone zastosowania, i nawet nie do końca nie wiadomo, czy może on być bardziej efektywny w tych zastosowaniach niż komputery klasyczne.

Komputery od D-Wave, mimo ogromnej liczby kubitów (najpotężniejsza maszyna ma ich 512), nie mają bowiem nic wspólnego z uniwersalnymi maszynami kwantowymi, wykorzystującymi splątanie stanów do realizacji algorytmów kwantowych w czasie nieosiągalnym dla komputerów klasycznych. Kubity w takim „wyżarzaczu” wyszukują stanów o najniższej energii, które reprezentowałyby rozwiązanie problemu z zakresu dyskretnej optymalizacji, czyli takiego, w którym chodzi o jednoczesne spełnienie maksymalnej możliwej liczby zadanych kryteriów – i dlatego właśnie maszyny D-Wave tak dobrze posłużyły przy wyliczaniu fałdowania się białek, obliczeniowo trudnego dla klasycznych komputerów.

Mimo tych praktycznych sukcesów samo D-Wave najwyraźniej za dobrze nie rozumiało podstaw działania wykorzystywanej technologii i nie potrafiło dowieść kwantowej natury swoich maszyn. Pierwszą próbę podjęli w 2011 roku współpracujący z firmą badacze, przedstawiając dowody na to, że 8-kubitowy system reaguje na zmiany temperatury tak, jak reagować powinno urządzenie działające na poziomie kwantowym. Teraz uzyskaliśmy ostateczne potwierdzenie deklaracji D-Wave, a jednocześnie dobre porównanie tych maszyn z komputerami klasycznymi.

Na łamach arXiv.org pojawił się artykuł pt. Quantum annealing with more than one hundred qubits, przedstawiający eksperymenty na 108-kubitowym komputerze D-Wave One i symulowanym kwantowym wyżarzaczu (komputer ten ma 128 kubitów, ale w eksperymencie wykorzystana została ich mniejsza liczba). Potwierdziły one, że w przeciwieństwie do klasycznego wyżarzania, zachodzi tu odseparowanie od siebie problemów trudnych i łatwych. Chodzi o to, że dla klasycznego wyżarzacza rozkład prawdopodobieństwa jest jednomodalny (ma jedną wartość maksymalną), podczas gdy symulowane wyżarzacze kwantowe charakteryzują się rozkładem bimodalnym na histogramie. Taki sam rozkład charakteryzuje urządzenie D-Wave, z wyraźnym podziałem na łatwe i trudne przypadki. Im zaś dłuższy jest czas wyżarzania, tym bimodalność rozkładu jest bardziej wyraźna.