"الموجة العظمى في كاناغاوا" - نقش خشبي للفنان الياباني كاتسوشيكي هوكوساي من القرن التاسع عشرفي أوائل شهر مارس ، أعلنت
شركة D-Wave Systems عن إطلاق حاسوبها الجديد الذي يعمل وفق مبدأ
الصلب الكمي . قام الجهاز الجديد بإجراء العديد من التحسينات الفنية ، بالإضافة إلى تغيير كبير في الموقع الفعلي للمكونات. ماذا يعني هذا؟ إلى جانب موارد D-Wave على الإنترنت ، بدأ الجهاز الذي يقترب من حالة الفائدة في التبلور.
صنع جهاز كمبيوتر سلس
قبل أن تصل إلى الحشوة اللذيذة ، تحتاج أولاً إلى نخر على حافة ملف تعريف الارتباط - أي معرفة ما هو الصلب الكمي؟ تعمل معظم أجهزة الكمبيوتر بطريقة مباشرة: لإضافة رقمين ، نقوم بإنشاء مجموعة من البوابات المنطقية التي ستؤدي الإضافة. ينفذ كل من البوابات مجموعة من عملياته المحددة بوضوح على بيانات الإدخال.
لكن هذه ليست الطريقة الوحيدة لإجراء الحسابات. يمكن كتابة معظم المهام بحيث تكون مكافئة لمهمة تقليل الطاقة. في هذا الإصدار ، تكون المهمة عبارة عن مشهد طاقة ، والحل هو الحد الأدنى من الطاقة الممكنة عليه. خلاصة القول هي العثور على مزيج من قيم بت تدل على هذه الطاقة.
للقيام بذلك ، تحتاج إلى البدء بمشهد طاقة مسطح: كل البتات ستحصل على الحد الأدنى من الطاقة. ثم نقوم بتغيير المشهد المحيط حول البتات ببطء وحذر حتى يبدأ في تمثيل مهمتنا. إذا تم كل شيء بشكل صحيح ، فستبقى البتات في حالة أقل طاقة. نحصل على الحل من خلال النظر في قيمهم.
على الرغم من أن كل هذا يعمل بدون فيزياء الكم ، فإن D-Wave تقوم بذلك بمساعدة البتات الكمومية (البتات). هذا يعني أن الكيبيتات ترتبط مع بعضها البعض - وهذا ما يسمى التشابك الكمومي. نتيجة لذلك ، يغيرون قيمهم معًا ، وليس بشكل منفصل.
نفق
نتيجة لذلك ، يصبح التأثير المعروف بالنفق الكمومي ممكنًا. تخيل أن تكون عالقة في حالة طاقة عالية. في الجوار ، هناك دولة ذات طاقة أقل يرغب في الذهاب إليها. لكن للوصول إلى هناك ، يحتاج أولاً إلى الدخول في حالة أكثر طاقة. في النظام الكلاسيكي ، يتحول هذا إلى عائق أمام تحقيق دولة ذات طاقة أقل. لكن في حالة الكميت الكمومي ، يمكنه أن يمر عبر حاجز طاقة ، يدخل دولة ذات طاقة أقل.
هاتان الخاصتان يمكنهما السماح لجهاز كمبيوتر يتم التحكم فيه بواسطة D-Wave لإيجاد حلول لبعض المشكلات بشكل أسرع من الكلاسيكية.
لكن الشيطان يختبئ في الأشياء الصغيرة. في الكمبيوتر ، يتم بناء المشهد الطاقة بواسطة الربط (الاتحاد المادي) من البتات. تتحكم الوصلة في مقدار تأثير البايت الواحد على قيمة الباقي.
لطالما كانت هذه اللحظة مشكلة للجهاز من D-Wave. في ظل الظروف المثالية ، سيكون لكل qubit اتصالات مع كل qubit آخر. لكن تنظيم مثل هذا العدد الكبير من الاتصالات أمر غير عملي.
ذراعي من تلقاء نفسها
عواقب عدم وجود اتصالات خطيرة للغاية. بعض المهام ببساطة لا يمكن إعادة بنائها لحلها على أجهزة D-Wave. وأحيانًا ، في الحالات التي يمكن فيها إعادة إنشاء المهمة ، ستكون الحسابات غير فعالة. تخيل أنه لحل المشكلة ، تحتاج إلى توصيل وحدات البت المكافئة بالرقمين الأول والثاني ، ولكنها غير متصلة مباشرة. في هذه الحالة ، يجب عليك البحث عن وحدات البت المشتركة بين الاثنين. لنفترض أن qubit one متصل بـ qubit خمسة ، وأن qubit الثاني متصل بالبتات خمسة وثلاثة. بعد ذلك ، سيكون qubit one المنطقي مزيجًا من الأول والخامس. qubit المنطقي ثلاثة - مزيج من الثانية والثالثة. مد الموجة يدعو هذا التسلسل طول السلسلة. في هذه الحالة ، طول اثنين.
نظرًا للاتصال في سلاسل البتات الفعلية للحصول على البتات المنطقية ، يبقى عدد البتات الأقل متاحًا للحساب.
مخطط D- الموجة لبناء أنماط أكثر تعقيدا qubit لزيادة الاتصال. كلما زادت إمكانية الاتصال ، قل طول السلاسل ، كلما كانت البتات المنطقية أكثر حرية. وإذا كانت البتات متصلة ببعضها البعض بإحكام ، وكانت التوصيلية كبيرة ، فبمساعدة مثل هذه الآلة ، يمكن حل المزيد من المشكلات.
ستكون كفاءة هيكلة بعض المهام منخفضة للغاية ، أي أن بنية D-Wave ببساطة ليست مناسبة لحلها. ولكن مع زيادة الاتصال ، سينخفض عدد المهام غير المناسبة.
في الإصدار السابق من الجهاز ، تم توزيع وحدات البت في كتل من ثماني قطع من أجل تحسين توصيل الكتل القطرية مقارنة بالإصدار السابق من الجهاز. نتيجة لذلك ، تحسن الوضع بأطوال السلسلة إلى حد ما.
مد الموجة 2000Q العمارةلقد تحولت D-Wave الآن إلى مخطط اتصال يعرف باسم "Count of Pegasus". لا أعرف كيف أصفها بالضبط ، لذلك سوف أصفها بشكل غير صحيح تمامًا من وجهة نظر نظرية الرسوم البيانية الصارمة ، لكنها أكثر وضوحًا. بدلاً من الكتل المتماثلة المكونة من ثمانية وحدات بت ، تحتوي الماكينة الآن على نوعين من الكتل: ثماني قطع وقطعتين.
في كتل من ثمانية qubits ، كما كان من قبل ، وتقع على طول الحلقات الداخلية والخارجية. ولكن ، كما هو موضح في الفيديو ، فإن الحلقات الداخلية والخارجية لديها الآن اتصالات إضافية. هذا يعني أن كل كيلوبت في كتلة صغيرة لديه خمسة روابط.
لم تعد الكتل نفسها مرتبة في الشبكة الصحيحة ، وهناك المزيد من الاتصالات بين البتات من الكتل المختلفة. في الجيل السابق ، تم توصيل وحدات البت في الحلقات الخارجية بوحدات البت الأخرى في الحلقات الخارجية ، والآن يتم توصيل كل رتل بحلقات داخلية وخارجية للكتل المجاورة.
بالإضافة إلى ذلك ، ظهرت شبكة جديدة من الاتصالات بعيدة المدى بين الكتل المختلفة. كل qubit لديه اتصال بعيد نسبيا مع آخر qubit في الوحدة البعيدة. تزداد كثافة المفاصل البعيدة بسبب لبنة البناء الرئيسية الثانية ، التي تتكون من زوج من البتات المركبة. توجد أزواج حول الكتل الرئيسية وتكمل الاتصال البعيد.
الفكرة هي أنه في مجموعات مكونة من ثمانية وحدات بت موجودة على حافة الشريحة ، تكون كثافة الرابطة مماثلة لكثافة المجموعات الداخلية ، على عكس الرسوم البيانية لفئة "الوهم".
تقصير السلسلة
ماذا يعني كل هذا؟ أولاً ، إن تشابه أعمدة "الوهم" و "بيغاسوس" يعني أن الكود الذي تم تطويره لـ "الوهم" يجب أن يعمل على بيغاسوس أيضًا. زيادة الاتصال تعني طول أطوال السلسلة وزيادة الموثوقية.
بحيث يمكنك أن تتخيل مقدار تحسين الرسم البياني الجديد للموقف ، سأقول أن الشبكة المربعة ذات التوصيلات القطرية تتطلب سلاسل من ست وحدات في الرسوم البيانية من نوع "الوهم" ووحدتين في الرسوم البيانية من نوع "Pegasus". بشكل عام ، يتم تقليل طول السلاسل مرتين أو أكثر. نتيجة لذلك ، يتم تقليل وقت التشغيل بنسبة 30-75 ٪.
بالإضافة إلى الرسم البياني الجديد ، قامت D-Wave بتحسين عمل الكمبيوتر على المستوى الفني: مستوى ضوضاء البتات أقل ، وزاد عددهم بشكل كبير. تخطط الشركة لاستخدام الهيكل الجديد لرفع عدد الكيبيتس إلى 5000 (منذ عام 2000). كل هذه التغييرات المعمارية تعني أنه يمكن استخدام عدد أكبر من وحدات البت الفعلية كتغييرات منطقية مستقلة ، وبالتالي ستكون الترقية أكثر أهمية.