Společnost D-Wave se už od roku 1999 zabývá vývojem kvantových akcelerátorů, respektive počítačů a už v roce 2007 představila první experimentální 16qubitový čip.
D-Wave 2X: nová generace kvantového počítače
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
