Technologie | Věda | Kvantové počítače

D-Wave 2000Q: nový model kvantového počítače je až tisíckrát výkonnější než předchozí generace

  • Nová generace kvantového počítače přináší obrovské zvýšení výkonu
  • D-Wave 2000Q má celkem dva tisíce qubitů
  • K dispozici jsou pokročilejší nástroje pro programování

Společnost D-Wave se už od roku 1999 zabývá vývojem kvantových akcelerátorů, respektive počítačů a už v roce 2007 představila první experimentální 16qubitový čip.

Vývoj ale postupuje velmi rychle, takže po 128qubitovém modelu D-Wave One z roku 2011, D-Wave Two s 512 qubity v roce 2014 a tisíciqubitovém modelu D-Wave 2X z roku 2015 tu je nová generace D-Wave 2000Q.

D-Wave 2000Q a supravodivé QPU

Základem kvantového počítače D-Wave 2000Q je QPU (Quantum Processing Unit), které obsahuje obvody z niobia, který při teplotách pod 9,2 kelvinů začne být supravodivý a vykazuje tak efekty kvantové mechaniky. D-Wave 2000Q používá extrémní chlazení využívající tekuté hélium, díky čemuž se teplota dostane až na 180x nižší hodnotu, než je ve volném vesmíru – na pouhých 15 milikelvinů.

Klepněte pro větší obrázek
Detail čipu - QPU (Quantum Processing Unit)

Stejně jako u předchozí generace, i tento čip používá celkem 128 000 josephonových tunelových přechodů (viz Josephsonův jev), ale má 2 000 qubitů a 5 600 supravodivých spojek. Jedná se tak o nejkomplexnější supravodivý integrovaný obvod, který existuje. Díky obvodům v konstrukci, které jsou schopné konfigurovat i magnetické pole, se rovněž jedná o programovatelný kvantový čip.

Klepněte pro větší obrázek

Pokud jde o výkon, dle informací je nová generace až tisíckrát výkonnější, než předchozí model D-Wave 2X z roku 2015. Vzhledem k tomu, že u klasických čipů jsme meziročně rádi za zlepšení o deset či dvacet procent, jedná se o nepředstavitelný skok. Možná právě tohle je ukázka toho, jak výrazné změny nás čekají v nejbližších letech s exponenciálním technologickým vývojem.

10 000× výkonnější než procesor s grafikou

Klasické srovnání výkonu je stále komplikovanou záležitostí. Vzhledem k zaměření QPU je totiž nutné měřit výkon v různých optimalizačních algoritmech, přičemž je třeba brát v úvahu, že řada z nich je efektivnější právě na QPU a jiné zase na CPU (klasický procesor).

Klepněte pro větší obrázek
Obří konstrukce kvantového počítače D-Wave 2000Q má na šířku tři metry

Dle vlastních metrik D-Wave byl nový čip s 2 000 qubity přibližně 10 000× výkonnější než kombinace jednojádrového klasického procesoru a grafického čipu s 2 500 jádry. Jedná se tak o obrovský rozdíl, který má zásadní vliv na současné možnosti náročných matematických výpočtů.

I když tento kvantový počítač vyžaduje masivní chlazení s vysokou spotřebou energie, vzhledem k jeho výpočetnímu výkonu je stále 100× efektivnější, než zmíněná kombinace klasických čipů, které by měly srovnatelný výkon. Pochopitelně se stále bavíme o specializovaných pravděpodobnostních a optimalizačních výpočtech.

Klepněte pro větší obrázek
Teplotu je nutné dostat opravdu blízko k absolutní nule

Zároveň je nutné podotknout, že se nejedná o obecný kvantový čip, ale o čip pracující na bázi kvantového žíhání (Quantum Tunnelling), což je velmi úzká specializace. Pokud bychom to měli alespoň trochu přirovnat ke klasickým čipům, nejedná se o procesor ani grafický čip, ale spíše o programovatelný ASIC určený pro danou skupinu výpočtů s využitím kvantové mechaniky.

15 milionů dolarů bez spotřeby

D-Wave 2000Q má cenu stanovenou na 15 milionů dolarů, což je v přepočtu téměř půl miliardy korun s daní. Budete si navíc muset v datacentru připravit dostatečný prostor, protože rozměry počítače jsou 3 × 2,1 × 3 metrů.

Klepněte pro větší obrázek
Vnitřní uspořádání konstrukce

Důvodem obří konstrukce je nejen zmíněné extrémní chlazení pro dosažení supravodivosti, ale také extrémní stínění, které umožňuje dosáhnout hodnot kolem 1 nanotesla, což je 50 000x méně, než je magnetické pole naší Země. Jakýkoli elektromagnetický šum by totiž ovlivňoval chod čipu a následné výpočty.

I když má D-Wave 2000Q spotřebu 25 kW, která je zapříčiněná hlavně chlazením, vzhledem k výkonu v daných oblastech je to poměrně málo. Klasické superpočítače, které by poskytovaly podobný výkon, by měly stokrát větší spotřebu (2,5 MW).

Pro umělou inteligenci i zabezpečení

D-Wave 2000Q lze coby kvantový akcelerátor využít k různým řešením úloh a problémů z oblastí umělé inteligence, strojového učení, zabezpečení, šifrování, analytiky dat, matematiky a podobně.

Klepněte pro větší obrázek
Základní přehled segmentů, kde lze využít výkonu kvantového počítače D-Wave 2000Q

K dispozici jsou nástroje, pomocí kterých lze vše relativně snadno naprogramovat pomocí běžných jazyků jako je C, C++, Python, včetně podpory MATLABu.

Klepněte pro větší obrázek
Nástroje pro vývojáře jsou k dispozici

Vzhledem k tomu, že už si nový model koupila i první společnost TDS (Temproal Defense Systems), která se zabývá velmi pokročilým vývojem softwaru z oblasti kyberbezpečnosti, lze očekávat, že si vlastní kousek pořídí i další velikáni nejen z řad soukromých společností, ale i z vládního sektoru.

Diskuze (11) Další článek: Další vlna phishingu míří na klienty ČSOB, podvodný e-mail má vylákat přihlašovací údaje

Témata článku: Technologie, Věda, Hardware, Výzkum, Umělá inteligence, Procesory, Čipy, Superpočítače, C++, Kvantové počítače, Vnitřní uspořádání, Model S, Stínění, Qubit, Mode, Nio, ASIC, Podobný výkon, Kelvin, Quantum, Integrovaný obvod, Elektromagnetický šum, Defense Systems, Gen, Zásadní vliv, Počítače cena na Mall.cz


Určitě si přečtěte

Vyzkoušeli jsme eObčanku a přihlásili se s ní na weby úřadů. Vážně to funguje!

Vyzkoušeli jsme eObčanku a přihlásili se s ní na weby úřadů. Vážně to funguje!

** Máme eObčanku, máme čtečku, vyzkoušeli jsme přihlášení na weby úřadů. ** Objevily se drobné problémy, podařilo se nám je vyřešit. ** Používání eObčanky pro online identifikaci je velmi pohodlné.

Marek Lutonský | 37

Šmírování na Street View: Koukněte se, co nového zachytily kamery Googlu

Šmírování na Street View: Koukněte se, co nového zachytily kamery Googlu

Google stále fotí celý svět do své služby Street View. A novodobou zábavou je hledat v mapách Googlu vtipné záběry. Podívejte se na výběr nejlepších!

redakce | 3

SpaceX má problém: kosmická loď Crew Dragon explodovala během testu motorů záchranného systému

SpaceX má problém: kosmická loď Crew Dragon explodovala během testu motorů záchranného systému

** SpaceX provedla na Mysu Canaveral testy motorů SuperDraco. ** Ke konci testů došlo k mohutné explozi. ** Nehoda zpozdí první pilotovaný let lodě Crew Dragon.

Petr Kubala | 55

10 nejtragičtějších leteckých nehod od roku 2000. Jedna je stále záhadou

10 nejtragičtějších leteckých nehod od roku 2000. Jedna je stále záhadou

** Letecká doprava patří k nejbezpečnějším způsobům cestování ** Čerstvá aféra s Boeingy Max důvěru v bezpečnost létání narušila ** Připomeňme si největší nedávné letecké nehody. Každá ale přispěje k bezpečnosti dalších letů

Karel Kilián | 33

Květnové Windows 10 jsou za dveřmi: Co přinesou nového?

Květnové Windows 10 jsou za dveřmi: Co přinesou nového?

** Windows 10 May 2019 Update se blíží ** Hlavní viditelnou změnou je bílé téma ** Novinek je ale samozřejmě mnohem více

Vladislav Kluska | 58