- PVSM.RU - https://www.pvsm.ru -
В октябре ученые из IBM сообщили [1] о том, что им удалось смоделировать 56-кубитный квантовый компьютер на классическом компьютере. Еще несколько месяцев назад считалось [2], что перешагнуть барьер в 49 кубитов невозможно.
Недостижимый прежде результат поднимает тему [3] скорого наступления квантового превосходства — момента, в котором возможности квантового компьютера превысят возможности любой вычислительной машины с привычной нам архитектурой.
В статье разбираемся, как IBM достигла «невозможного» и какие перспективы это открывает.
[4]
/ фото Yohanes Sanjaya [5] CC [6]
Моделирование работы квантового компьютера с числом кубитов большим, чем 49, на классической машине считалось невозможным из-за ограничений памяти. Предыдущий рекорд — 45 кубитов — принадлежит [7] исследователям из Швейцарской высшей технической школы Цюриха. Для реализации проекта им потребовалось [8] 500 терабайт оперативной памяти. Имитация выполнялась [9] с помощью суперкомпьютера Cori II с 9304 нодами (68-ядерный процессор Intel Xeon Phi 7250 в каждом) и петабайтом памяти.
Сложность моделирования работы квантового компьютера заключается в том, что при добавлении кубита, объемы затрачиваемой памяти увеличиваются [10] в геометрической прогрессии. При классических вычислениях информация кодируется битами, имеющими два состояния — 1 или 0. В квантовых вычислениях единица информации принимает значения 1 или 0, или находится в суперпозиции. Кубиты связаны друг с другом, что порождает новые состояния. Таким образом, пятьдесят кубитов могут представлять [11] одновременно квадриллион значений.
Как говорит [1] Эдвин Педнол (Edwin Pednault) из команды IBM, для реализации 56-кубитной системы старые методы требуют примерно один эксабайт оперативной памяти — колоссальное количество. Однако ученым из IBM хватило 32 терабайт. Команде удалось найти оригинальное решение.
Математический трюк, который сделал симуляцию возможной, пришел [1] в голову Эдвину Педнолу во время мытья посуды. Исследователь провел аналогию устройства щетинной щетки для чистки бокалов с тензорами [12] — многомерными таблицами с числами, зависящими от выбранных координат.
Запись операций в тензорной форме позволила сократить объемы затрачиваемой памяти и распараллелить задачи для выполнения на множестве процессоров одновременно. Эксперимент проводился [13] на суперкомпьютере Vulcan. Он находится [14] на 25-м месте в рейтинге самых мощных суперкомпьютеров (по данным за ноябрь 2017 года).
Считалось [9], что квантовое превосходство наступит при достижении предела в 49 кубитов. Однако этого не произошло. По словам Эдвина, достижение IBM говорит о «полной квантовой готовности» — возможности использовать квантовые аппаратные, программные и инженерные средства.
Пока полученная модель работает [15] в миллиард раз медленнее, чем «идеальный» 56-кубитный квантовый компьютер. Но моделирование квантовых вычислений дает исследователям возможность находить области задач, которые те способны решать эффективнее обычных компьютеров. А имитация ошибок помогает выявлять причины проблем реальных квантовых устройств.
/ фото Richard Jones [16] CC [6]
Команда IBM планирует продолжать работу в этом направлении, чтобы добавить еще несколько кубитов к уже достигнутому результату. Однако, как отмечает Эдвин Педнол, симуляции не заменят реальные квантовые компьютеры. Поэтому крупные ИТ-компании продолжают гонку по созданию «железных» квантовых решений.
Например, в Google планировали представить [17] первый 49-кубитный чип к концу 2017. В ноябре этого года IBM также анонсировали разработку [18] 50-кубитного компьютера, который должен укрепить квантовую экосистему компании.
Главная цель IBM и других компаний, экспериментирующих с квантами, — построить [8] квантовый компьютер, способный находить ответы на важные проблемы, которые не могут быть эффективно решены классическими способами. Например, задачи квантовой химии [19].
Эдвин говорит, что в будущем человечество начнет в полной мере использовать возможности квантовых вычислений, чтобы решать все более сложные проблемы. В этот момент моделирование будет необходимо для поддержки исследований, разработки новых квантовых алгоритмов и продвижения квантовых технологий.
Автор: it_man
Источник [23]
Сайт-источник PVSM.RU: https://www.pvsm.ru
Путь до страницы источника: https://www.pvsm.ru/ibm/269349
Ссылки в тексте:
[1] сообщили: https://www.ibm.com/blogs/research/2017/10/quantum-computing-barrier/
[2] считалось: http://trendintech.com/2017/07/15/new-record-broken-in-rush-to-quantum-supremacy/
[3] поднимает тему: https://www.nature.com/news/race-for-quantum-supremacy-hits-theoretical-quagmire-1.22993
[4] Image: https://habrahabr.ru/company/it-grad/blog/343204/
[5] Yohanes Sanjaya: https://www.flickr.com/photos/valiantize/15511324188/
[6] CC: https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/
[7] принадлежит: https://phys.org/news/2017-07-record-breaking-qubit-quantum-simulation-nersc.html#nRlv
[8] потребовалось: https://www.newscientist.com/article/2151032-googles-quantum-computing-plans-threatened-by-ibm-curveball/
[9] выполнялась: https://www.technologyreview.com/s/604140/a-milestone-for-quantum-computing/
[10] увеличиваются: http://www.alphr.com/technology/1007446/ibm-has-just-achieved-an-impossible-step-in-quantum-computing
[11] представлять: https://thenextweb.com/google/2017/11/14/ibm-claims-quantum-supremacy-over-google-with-50-qubit-processor/
[12] тензорами: http://www.gptelecom.ru/Articles/tensor.pdf
[13] проводился: https://computation.llnl.gov/vulcan-supercomputer
[14] находится: https://www.top500.org/system/177732
[15] работает: https://spectrum.ieee.org/tech-talk/computing/hardware/ibms-quantum-leap-simulates-56qubit-machine
[16] Richard Jones: https://www.flickr.com/photos/richard_jones/4546843463/
[17] представить: https://www.newscientist.com/article/2138373-google-on-track-for-quantum-computer-breakthrough-by-end-of-2017/
[18] анонсировали разработку: https://habrahabr.ru/company/it-grad/blog/341920/
[19] квантовой химии: https://habrahabr.ru/company/it-grad/blog/338616/
[20] Оптимизация производительности в vSphere: основные проблемы с CPU: http://iaas-blog.it-grad.ru/proizvoditelnost/optimizaciya-proizvoditelnosti-v-vsphere-reshenie-osnovnyx-problem-s-cpu/
[21] Поведенческий анализ животных: IaaS предсказывает землетрясения : http://iaas-blog.it-grad.ru/kejsy/povedencheskij-analiz-zhivotnyx-kak-oblako-iaas-pomogaet-predskazyvat-zemletryaseniya/
[22] IaaS и кино: как обрабатывают большие объемы данных в DreamWorks: http://iaas-blog.it-grad.ru/kejsy/oblachnye-texnologii-v-kinoindustrii-kak-dreamworks-reshila-problemu-obrabotki-bolshix-obemov-dannyx/
[23] Источник: https://habrahabr.ru/post/343204/
Нажмите здесь для печати.