«La grande vague de Kanagawa» - une gravure sur bois d'un artiste japonais du XIXe siècle, Katsushiki HokusaiDébut mars,
D-Wave Systems a annoncé la sortie de son nouvel ordinateur fonctionnant sur le principe du
recuit quantique . La nouvelle machine a apporté plusieurs améliorations techniques et a considérablement modifié l'emplacement physique des composants. Qu'est-ce que cela signifie? Avec les ressources en ligne de D-Wave, un appareil approchant d'un état d'utilité commence à prendre forme.
Faire un ordinateur fluide
Avant d'arriver à la délicieuse garniture, vous devez d'abord ronger le bord du cookie - c'est-à-dire découvrir ce qu'est le recuit quantique? La plupart des ordinateurs fonctionnent de manière simple: pour ajouter deux nombres, nous créons un ensemble de portes logiques qui effectueront l'addition. Chacune des portes effectue un ensemble de ses opérations clairement définies sur les données d'entrée.
Mais ce n'est pas la seule façon de faire les calculs. La plupart des tâches peuvent être écrites de manière à être équivalentes à la tâche de minimiser l'énergie. Dans cette version, la tâche est un paysage énergétique, et la solution est l'énergie minimale possible. L'essentiel est de trouver une combinaison de valeurs de bits indiquant cette énergie.
Pour ce faire, vous devez commencer avec un paysage énergétique plat: tous les bits auront une énergie minimale. Ensuite, nous changeons lentement et soigneusement le paysage autour des morceaux jusqu'à ce qu'il commence à représenter notre tâche. Si tout est fait correctement, les bits resteront dans un état avec une énergie minimale. Nous obtenons la solution en considérant leurs valeurs.
Bien que tout cela fonctionne sans physique quantique, D-Wave le fait à l'aide de bits quantiques (qubits). Cela signifie que les qubits sont en corrélation les uns avec les autres - c'est ce qu'on appelle l'intrication quantique. En conséquence, ils modifient leurs valeurs ensemble et non séparément.
Tunneling
En conséquence, un effet appelé tunneling quantique devient possible. Imaginez un qubit coincé dans un état de haute énergie. A proximité, il y a un état avec moins d'énergie dans lequel le qubit aimerait aller. Mais pour y arriver, il doit d'abord entrer dans un état avec plus d'énergie. Dans le système classique, cela se transforme en une barrière pour atteindre un état avec moins d'énergie. Mais dans un qubit quantique, il peut passer à travers une barrière d'énergie, entrant dans un état avec moins d'énergie.
Ces deux propriétés peuvent permettre à un ordinateur contrôlé par D-Wave de trouver des solutions à certains problèmes plus rapidement qu'un classique.
Mais le diable se cache dans les petites choses. Dans un ordinateur, le paysage énergétique est construit par la liaison (union physique) des qubits. La liaison contrôle dans quelle mesure la valeur d'un qubit affecte la valeur du reste.
Ce moment a toujours été un problème pour la machine de D-Wave. Dans des conditions idéales, chaque qubit aura des connexions avec tous les autres qubit. Mais organiser un si grand nombre de connexions n'est pas pratique.
Les coudées seules
Les conséquences du manque de connexions sont très graves. Certaines tâches ne peuvent tout simplement pas être refaites pour être résolues sur des machines D-Wave. Et parfois, dans les cas où la tâche peut être refaite, les calculs seront inefficaces. Imaginez que pour résoudre le problème, vous devez connecter des qubits avec les numéros un et trois, mais ils ne sont pas directement connectés. Dans ce cas, vous devez rechercher des qubits communs aux deux. Supposons que le qubit un soit connecté au qubit cinq et que le qubit deux soit connecté aux qubits cinq et trois. Ensuite, le qubit logique sera une combinaison du premier et du cinquième. Qubit logique trois - une combinaison des deuxième et troisième. D-Wave appelle cette séquence la longueur de la chaîne. Dans ce cas, la longueur est de deux.
En raison de la connexion en chaînes de qubits physiques pour obtenir des qubits logiques, moins de qubits restent disponibles pour le calcul.
D-Wave prévoyait de créer des modèles de qubit encore plus complexes pour augmenter la connectivité. Plus la connectivité est grande, plus la longueur des chaînes est courte, plus les qubits logiques sont libres. Et si les qubits sont étroitement connectés entre eux et que la connectivité est importante, alors avec l'aide d'une telle machine, plus de problèmes peuvent être résolus.
L'efficacité de la structuration de certaines tâches sera extrêmement faible, c'est-à-dire que l'architecture D-Wave n'est tout simplement pas adaptée à leur solution. Mais avec l'augmentation de la connectivité, le nombre de tâches inappropriées diminuera.
Dans la version précédente de la machine, les qubits étaient distribués en blocs de huit pièces afin d'améliorer la connectivité des blocs diagonaux par rapport à la version précédente de la machine. En conséquence, la situation avec les longueurs de chaîne s'est quelque peu améliorée.
Architecture du D-Wave 2000QMaintenant, D-Wave est passé à un schéma de connectivité connu sous le nom de «comte de Pégase». Je ne sais pas comment le décrire exactement, donc je vais le décrire pas très correctement du point de vue d'une théorie des graphes rigoureuse, mais c'est plus clair. Au lieu de blocs identiques de huit qubits, la machine dispose désormais de deux types de blocs: huit pièces et deux pièces.
En blocs de huit qubits, comme précédemment, sont situés le long des boucles internes et externes. Mais, comme le montre la vidéo, les boucles internes et externes ont désormais des connexions supplémentaires. Cela signifie que chaque qubit dans un petit bloc a cinq liens.
Les blocs eux-mêmes ne sont plus disposés dans le bon réseau et il y a plus de connexions entre les qubits de différents blocs. Dans la génération précédente, les qubits sur les boucles externes étaient connectés à d'autres qubits sur les boucles externes, et maintenant chaque qubit est connecté à la fois aux boucles internes et externes des blocs voisins.
De plus, un nouveau réseau de communications longue distance entre différents blocs est apparu. Chaque qubit a une connexion relativement distante avec un autre qubit dans l'unité distante. La densité des joints distants augmente en raison du deuxième bloc de construction principal, composé d'une paire combinée de qubits. Les paires sont situées autour des blocs principaux et complètent la connectivité distante.
L'idée est que dans les groupes de huit qubits situés sur le bord de la puce, la densité de liaison est presque la même que celle des groupes internes, contrairement aux graphiques de la classe des «chimères».
Raccourcissement de chaîne
Qu'est-ce que tout cela signifie? Premièrement, la similitude des colonnes «chimère» et «pégase» signifie que le code développé pour la «chimère» devrait également fonctionner sur le «pégase». Une connectivité accrue signifie des longueurs de chaîne réduites et une fiabilité accrue.
Pour que vous puissiez imaginer à quel point le nouveau graphique améliore la situation, je dirai qu'un réseau carré avec des connexions diagonales nécessite des chaînes de six unités dans les graphiques de type "chimère" et de deux unités dans les graphiques de type "Pegasus". En général, la longueur des chaînes est réduite de deux fois ou plus. En conséquence, le temps de fonctionnement est réduit de 30 à 75%.
En plus du nouveau graphique, D-Wave a amélioré le travail de l'ordinateur au niveau technique: le niveau de bruit des qubits est moindre, et leur nombre a considérablement augmenté. La société prévoit d'utiliser la nouvelle architecture pour porter le nombre de qubits à 5000 (depuis 2000). Tous ces changements architecturaux signifient que beaucoup plus de qubits physiques peuvent être utilisés comme ceux logiques indépendants, donc la mise à niveau sera beaucoup plus importante.