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.

Témata článku: Hardware, Věda, Technologie, Umělá inteligence, Kvantové počítače, Čipy, Procesory, Superpočítače, Výzkum, C++, Gen, Tisíc, Integrovaný obvod, Generace, Úzká specializace, Hélium, Obří konstrukce, Obrovský rozdíl, Magnetické pole, Klasický procesor, Kelvin, Nová generace, Kyberbezpečnost, Quantum, Stínění

Určitě si přečtěte

Sluneční soustavou proletěl první mezihvězdný asteroid. Vypadá velmi podivně!

Sluneční soustavou proletěl první mezihvězdný asteroid. Vypadá velmi podivně!

** Astronomové nedávno objevili první mezihvězdný asteroid. ** Tvar a složení neodpovídají žádnému objektu ve Sluneční soustavě. ** Asteroid přiletěl ze souhvězdí Lyry a dostal jméno `Oumuamua.

Dnes | Kubala Petr | 3

První „editovaný“ člověk si sám provedl zásah do DNA! Kdo to je?

První „editovaný“ člověk si sám provedl zásah do DNA! Kdo to je?

** Brianovi Madeauxovi zavedli lékaři do jater prostředek pro opravu dědičné choroby ** Primát člověka, který měl jako první v těle provedenou cílenou změnu DNA, ale zřejmě patří Josiahovi Zaynerovi ** Ten si podobný zásah do DNA provedl sám jen tak pro zábavu

Včera | Petr Jaroslav | 2

Apple Watch dovedou přesně detekovat spánkovou apnoe i hypertenzi

Apple Watch dovedou přesně detekovat spánkovou apnoe i hypertenzi

** S Apple Watch je možné odhalit nebezpečné zdravotní problémy ** Již dříve bylo ověřeno, že Watch zvládnou detekovat fibrilaci srdečních síní ** Zvládnou ale rozpoznat i hypertenzi a spánkovou apnoe

Včera | Javůrek Karel | 4