Slo-Tech - O prvih komercialnih kvantnih računalnikih, ki jih je razvilo in jih še razvija kanadsko podjetje D-Wave, je še vedno veliko odprtih vprašanj. Prvim modelom so namreč očitali, da ne delujejo nič hitreje kot klasični, nekvantni računalniki in raziskovalci so našli celo klasični algoritem, ki je dobro opisal hitrost računalnika D-Wave Two. Eden izmed problemov je, da uporablja adiabatno kvantno računanje, kjer je težko primerjati hitrost z rezultati klasičnih računalnikov.
D-Wave je izdelal nov kvantni računalnik D-Wave 2X, ki dela z dobrimi 1000 kubiti, s čimer se približuje spodnji meji, da bo uporaben tudi za reševanje realnih problemov. Pomerili so njegovo hitrost in trdijo, da je od 8-krat do 600-krat hitrejši od klasičnih računalnikov. Pristaviti je treba, da to velja le, če zanemarimo ceno operacij I/O, saj je vnos kvantnega stanja in branje rezultatov izračuna počasno. Celokupni pospešek naj bi bil zgolj od dvakraten do petnajstkraten.
Glavno vprašanje je, kako to izmeriti. Saj veste, če izdelate nov procesor, si hkrati izmislite še nov test (benchmark), ki mu je pisan na kožo in pokaže neverjetno hitrost. V D-Wave so naredili podobno in hitrost izmerili z lastnim testom, kar pa je bilo dejansko smiselno. Če je kvantni računalnik namenjen drugačnemu tipu problemov kakor klasični, potem merjenje z istimi vatli nekako ni smiselno. Adiabatni kvantni računalniki iščejo energijske minimume in če smo Hamiltonov operator primerno postavili, nam ti povedo nekaj o rešitvi želenega problema. Hitrost D-Wave 2X so zato merili kot TTT (Time to Target). Iskali so namreč dovolj dobre rešitve (recimo problem trgovskega potnika je tak, da nima smisla porabiti 100-krat več časa, da bi našli za odstotek boljšo rešitev) in primerjali, kako dolgo potrebuje klasični računalnik, da najde enako dobro rešitev (ki seveda ni nujno optimalno, celo zelo verjetno je, da ni). Je tak način merjenja upravičen? Je, če se zavedamo, da kvantni računalnikov ne bomo uporabljali v iste namene kot klasičnih. Je pošten? Odvisno, kateremu polu pripadate.
D-Wave 2X je ne glede na vprašanje metrike dovršen kos strojne opreme. Da obdrži 1000 kubitov v koherentnem stanju, je ohlajen na 15 milikelvinov in ima 128.000 Josephsonovih mostičkov. A da bo resnično uporaben za simulacije kvantnih sistemov, česar bi bili fiziki in kemiki izjemno veseli, bo moral še nekoliko zrasti. Tisoč kubitov je premalo.
Iskali so namreč dovolj dobre rešitve (recimo problem trgovskega potnika je tak, da nima smisla porabiti 100-krat več časa, da bi našli za odstotek boljšo rešitev) in primerjali, kako dolgo potrebuje klasični računalnik, da najde enako dobro rešitev (ki seveda ni nujno optimalno, celo zelo verjetno je, da ni). Je tak način merjenja upravičen? Je, če se zavedamo, da kvantni računalnikov ne bomo uporabljali v iste namene kot klasičnih. Je pošten? Odvisno, kateremu polu pripadate.
Kar zmrazi me, ko pomislim kake možnosti (zlorabe) to odpira.
Lej, že zdaj se uporabnika dobr profilira. S kvantnim računalnikom te bojo pa praktično simulirali. Dobro, če greš k zdravniku. Slabo, če greš na zavarovalnico, kupovat zdravila, ...
"A da bo resnično uporaben za simulacije kvantnih sistemov, česar bi bili fiziki in kemiki izjemno veseli, bo moral še nekoliko zrasti. Tisoč kubitov je premalo."
Koliko priblizno?
"Es ist nicht genug, zu wissen, man muss auch anwenden;
es ist nicht genug, zu wollen, man muss auch tun."
- Johann Wolfgang von Goethe
no, 100-1000x pohitritev je in line z ASIC pohitrivami. bolj bo zanimivo, ko bodo, če bodo, zalaufali nek kvantni algoritem, ki ima eksponentno pohitritev napram klasičnim.
Kvantni računalnik si lahk predstavljaš samo takole: Vse kar veš zdaj o računalnikih vržeš stran, in začneš od začetka. Čisto drug način delovanja in uporabnost. In tud popolnoma drug način razmišljanja, reševanja problemov in programiranja. Tu nebi bilo v programskem stavku
if
ampak vrjetno bolj stavek
when
Sicer pa, mogoče bojo v prihotnosti obstajali kaki hibridi. Recimo CPU s klasično (digitalno) enoto in s kvantno, vsaka za svoje probleme.
Tudi sam vidim v prihodnosti integriran kvantni del v APU-ju (SoC) oz kaki kartični rešitvi, če se bo res rabilo moč. Tako približno kot je danes GPU. Tudi samo delovanje je "bližje" GPU-ju kar se tiče paralelnega računanja, čeprav so v ozadju praktično neprimerljive razlike. Sprašujem se samo, če bi bil kvantni čip (ni važno ali integriran v SoC ali pa kot kaka kartična rešitev) zamenjava za današnje GPU-je. Bi mi morda znal kdo to pojasniti?
Sam pa upam, da do (dokaj) množične proizvodnje kvantnih čipov zamenjajo "kovinske" povezave znotraj čipov z optičnimi in sam silicij za kaj drugega (ker vidimo da gre pomanjševanje proizvodnega procesa precje počasi zadnjih nekaj let). To je edini večji performančni (oz tudi posledično performance/Watt) preskok, ki ga lahko pričakujem srednjeročno pri "klasičnih nekvantnih" čipih.
Ali lahko kdo potrdi, da vsaj v osnovi razmišljam v pravi smeri? Sploh tole glede primerjave GPU-ja in kvantnega računalnika.
Ja sej to itak, da pričakujem, da se bo prej silicij zamenjal s čim drugim. Nato (upam), da sledijo optične povezave v čipih. Pol pa kvantni čipi oz računalniki. Je realno pričakovati, da bo kvanten računalnik izpodrinil grafike (bo "superset" kar lahko nudi GPU)?
Tudi sam vidim v prihodnosti integriran kvantni del v APU-ju (SoC) oz kaki kartični rešitvi, če se bo res rabilo moč. Tako približno kot je danes GPU. Tudi samo delovanje je "bližje" GPU-ju kar se tiče paralelnega računanja, čeprav so v ozadju praktično neprimerljive razlike. Sprašujem se samo, če bi bil kvantni čip (ni važno ali integriran v SoC ali pa kot kaka kartična rešitev) zamenjava za današnje GPU-je. Bi mi morda znal kdo to pojasniti?
Sam pa upam, da do (dokaj) množične proizvodnje kvantnih čipov zamenjajo "kovinske" povezave znotraj čipov z optičnimi in sam silicij za kaj drugega (ker vidimo da gre pomanjševanje proizvodnega procesa precje počasi zadnjih nekaj let). To je edini večji performančni (oz tudi posledično performance/Watt) preskok, ki ga lahko pričakujem srednjeročno pri "klasičnih nekvantnih" čipih.
Ali lahko kdo potrdi, da vsaj v osnovi razmišljam v pravi smeri? Sploh tole glede primerjave GPU-ja in kvantnega računalnika.
Preden bo zadeva delovala na sobni temperaturi, bo verjetno tudi problem 'nanometrov' oz. proizvodnega procesa že rešen :)
Morda, če kdaj izumijo visokotemperaturni sistem, kar imo, še veliko časa ne bo aktualno.
Kot drugo, me zanima kako bi rešili problem nadaljne miniaturizacije čipov, glede na to, da je 5nm zadnja meja za silicij. Mislim, da klasični računalniki bodo dosegli dead end v roku 15 let. No to z optičnimi povezavami, bi vsekakor dodalo na hitrosti, ampak kar se tiče samega koncepta, this is pretty much what we have left.
Ampak glede na to, da nisem strokovnjak, nas morda še čaka kako presenečenje, but i'm not holding my breath.
I was in the DFJ offices (Draper Fisher Jurvetson, VC firm) at one point and they had the big stop sign with the lettering "DON'T THINK" "DO". this from the same people who invested in d-wave. idiots. and people wonder why everything is breaking / broken.
they are speaking of a particular machine, which no one (as publicly known has built), but, e.g., 'd-wave' fraudulently sold to a few rich schmucks, and the difficulties of construction are not mysterious, like airplane in 1880 prolly better comparison is hot fusion in that aficionados will point to a list of fairly specific, supposedly-'we're almost there' problems, that in point of fact no one knows how to solve ~~in ensemble~~
@AgiZ: D-Waveov računalnik deluje drugače kot teoretični modeli univerzalnega kvantnega računalnika.
Za optimizacijo se danes na računalnikih pogosto uporabi simulirano ohlajanje (simulated annealing). Sistemu pripišemo neko energijo (to je npr. celotna opravljena pot pri problemu trgovskega potnika), ki je odvisna od parametrov (npr. vrstni red postankov). Po korakih spreminjamo parametre naključno, če je posamezna sprememba ugodna - manjša energija, spremembo sprejmemo. Ker bi to vedno vodilo le do lokalnega minimuma, glede na predpisan parameter optimizacije ("temperatura" in verjetnosta porazdelitev), spremembo sprejmemo, če tudi je neugodna. S tem upamo, da bomo skočili iz lokalne "jame". Kar sem sam delal simulirano ohlajanje (samo nekaj vaj na faksu, zato bolj malo znam), je težko zadeti primerno temperaturo. Če je temperatura prenizka, ostaneš ujet v lokalnih minimumih (ti so odvsini od začetne nastavitve parametrov). Če je previsoka, sistem podivja in naključno skače po faznem prostoru parametrov. Optimizacijo se naredi, da izračunaš veliko primerov in nato izbereš najboljšega.
D-Wave pa (domnevno) adiabatno kvantno računa. Najprej želeni sistem opišeš s hamiltonko. To je v bistvu samo postavitev problema v primerno obliko. Bojda je že to težko. Računa se tako, da kubite postavijo v najnižji nivo (najnižjo energijo) nekega preprostega sistema. Verjetno zato, da sploh poznajo pravilno rešitev. Adiabatni teorem pravi, da če sistem (hamiltonko) počasi spreminjamo, sistem ostane v prvotnem stanju (=najnižji, za nas najoptimalnejši, nivo) in prilagodi obnašanje. Za rešitev je vse kar moramo narediti, spremeniti sistem iz prvotne hamiltonke v želeno. Tu je pa problem. Če sistem spreminjamo prehitro, je motnja prevelika in lahko preskoči v višje nivoje. Če pa spreminjamo prepočasi, zaradi motenj iz okolice (jakost katerih je predvsem odvisna od temperature) kubiti izgubijo koherenco in se začnejo obnašati posamično in ne kot celoten sistem. Prednost pred simuliranim ohlajanjem (lahko bi ga izvedli tudi s kakšnim fizikalnim eksperimentom) je, da če postopek izvedemo pravilno, pristanemo v optimalnem stanju. Torej proces ni verjetnosten (vendar nam tu dela težave koherenca!).
Glede grafike: Na grafiko se ne spoznam, ampak ugibam, da je glavni problem v grafiki množenje matrik (sicer se ne bi izvajalo na grafični kartici, doh). Torej je zahtevnost polinomska. S polinomsko zahtevnostjo ni tak problem, saj se računalniki razvijajo hitreje - eksponentno. Univerzalni kvantni računalniki bodo pohitrili računanje le za nekaj (tipov) problemov. Seveda pa bi lahko z njimi simulirali klasični računalnik. D-Waveov kvantni računalnik naj bi kvantno računal le optimizacijo in še to naj bi se izkazalo samo za določeno obliko problema. Je pa tako. V Numerical Recipes sem prebral, da se znanstvenikom Fourierova transformacija ni zdela pretirano uporabna v računalništvu, saj je zahtevnosti O(N^2). Ko so odkrili FFT zahtevnsoti O(N log N), je to pomenilo blazno pohitritev in so iskali probleme, kje vse jo lahko uporabijo.
@qaqo: Ne vem, iz kje si vzel citate. Ampak ja, glede D-Wavea sploh še ni jasno ali sploh kvatno računa, oz. če kvantno računa, zakaj se to ne odraža v pohitritvah.
Na grafiko se ne spoznam, ampak ugibam, da je glavni problem v grafiki množenje matrik (sicer se ne bi izvajalo na grafični kartici, doh). Torej je zahtevnost polinomska. S polinomsko zahtevnostjo ni tak problem, saj se računalniki razvijajo hitreje - eksponentno.
tista osnovna grafika izpred 10 let, ja. tisto danes laufa na integriranih grafičnih karticah procesorjev nižjega razreda. cutting edge grafika danes je simuliranje oz. bolj oponašanje svetlobe in fenomenov, ki jih dela. tukaj je dosti več, kot samo množenje matrik; je treba izvest cel algoritem na izvajalnih enotah od gpuja, da dosežeš rezultat.
