Zatím jediný komerčně dostupný kvantový systém D-Wave je v nové generaci s označením 2X. Disponuje více než tisícovkou qubitů a zvládne mnohem náročnější úlohy.
Společnost D-Wave se už 16 let zabývá vývojem kvantového počítače a v minulosti představila několik významných milníků jak z pohledu složité konstrukce, tak i kvantových čipů, které jsou složené z qubitů.
I když se objevily názory, že tento počítač nelze nazvat kvantovým počítačem, protože není univerzální (nezvládne Shorův ani Groverův algoritmus), ale spíše kvantovým akcelerátorem, D-Wave i přes to pokračuje v označování systému jako kvantového počítače.
Více než tisíc qubitů pro větší úlohy
Starší model D-Wave Two obsahoval kvantový čip s 512 qubity. Nová generace D-Wave 2X ale obsahuje vylepšený kvantový čip s více než tisícovkou qubitů využívající kvantové jevy. Díky tomu dokáže v jednu chvíli analyzovat až 21000 možností, což je obrovský skok oproti 2512 možností u starší generace. Dle oznámení tak dokáže spočítat více možností, než je počet částic v našem vesmíru.
Detail nového 1000qubitového čipu
Kvantový čip je složen z 128 000 josephonových tunelových přechodů (viz Josephsonův jev) a podle tvrzení by mělo jít o nejkomplexnější supravodivý integrovaný obvod, který je komerčně dostupný. D-Wave se podařilo zlepšit i další vlastnosti systému. Přesnost ovládání čipu byla zvýšená o 40 %, podařilo se snížit elektromagnetický šum z okolí o 50 % a zlepšit stabilitu. Došlo také k další optimalizaci chlazení.
Kvantový počítač od D-Wave - velikost je tvořená chladicím systémem a 15 vrstvami stínění
Nová generace konstrukce umožnila snížit teplotu čipu o 40 %, konkrétně na neuvěřitelně nízkých 15 millikelvin, což je 0,015 stupňů Celsia nad úrovní absolutní nuly (-273,15 stupňů Celsia). Teplota je tak až 180x nižší než v chladném mezihvězdném prostředí. Spotřebu celého systému tak tvoří hlavně chladicí systém, který si řekne o 15,5 kW. Výrobce to porovnává s „tradičním superpočítačem“, který má spotřebu tisíce kW. Díky tomu lze pokračovat ve vývoji čipu, zvyšovat počet qubitů a spotřeba zůstane stále stejná. Alespoň do té doby, než se podaří optimalizovat konstrukce chladicího systému a díky tomu ještě výslednou spotřebu snížit.
Hlavní část ukrývající samotný čip
Dle specifikací supravodivý čip negeneruje žádné teplo. Vše je možné také díky ultravysokému vakuum (UHV), které má 10 miliardkrát nižší tlak než má atmosférický tlak na Zemi. Konstrukce s celkem 15 vrstvami stínění dokáže odrušit magnetické pole až 50 000x menší hodnoty, než je v běžném prostředí na Zemi..
Čip funguje jednoduše - přijme striktně připravená data na vstupech a pak lze snímat data na výstupech. Žádné složitější příkazy a optimalizace jako u klasických čipů s ním nelze provozovat.
Samotná výroba čipu se supravodivými elektrodami zahrnuje šestivrstvý proces s částmi o velikosti 25 mikrometrů.
Srovnání výkonu
D-Wave 2X je určený pro hledání „téměř optimálního“ řešení ve stanoveném čase. Podle vyjádření je přitom výpočetní rozdíl mezi „téměř optimální“ a „optimální“ méně než jedno procento. Aby bylo možné srovnat výkon se starší generací ale i obecnými počítači v tomto druhů výpočtů, byl vytvořen test s označením TTT (Time to Target) pro měření doby nativního algoritmu pro kvantové žíhání (Quantum annealing) a celkového času výpočtu.
Podle testů, které jsou dostupné v podrobném materiálu (PDF), je D-Wave 2X až 600x rychlejší (až 15x v rámci celkového času) při hledání téměř optimálního řešení než běžné systémy optimalizované přímo na tento problém.
Pouze na experimenty
Vzhledem k tomu, že minulá generace měla cenu deseti milionů dolarů, lze u tohoto modelu očekávat podobnou cenu. Je třeba však počítat s tím, že v této formě jde více méně jen o experimentální zařízení, u kterého zatím není ani jasné, k čemu ho reálně použít.
Jak upozornili třeba Scott Aaronson z MIT, výkon je porovnáván s tři roky starým procesorem Intel Xeon E5-2670 a programem, který běžel jen na jednom jádru. Testované problémy tak dokážeme řešit velmi dobře pomocí klasických čipů a extrémně levně. Vzhledem k tomu, že nejde o univerzální kvantový počítač, je tak stále velkou otázkou, jak zařízení od D-Wave skutečně využít. Jestli jde o nějakou podivnou slepou uličku vývoje, se tak dozvíme až časem.
