"Gelombang Hebat di Kanagawa" - potongan kayu karya seniman Jepang abad ke-19 Katsushiki HokusaiPada awal Maret,
D-Wave Systems mengumumkan perilisan komputer baru mereka yang beroperasi berdasarkan prinsip
kuantum anil . Mesin baru membuat beberapa perbaikan teknis, serta secara signifikan mengubah lokasi fisik komponen. Apa artinya ini? Seiring dengan sumber daya online D-Wave, perangkat yang mendekati tingkat kegunaan mulai terbentuk.
Membuat komputer menjadi lancar
Sebelum Anda mengisi isinya yang lezat, Anda harus terlebih dahulu mengunyah kue - yaitu, mencari tahu apa itu anil kuantum? Sebagian besar komputer bekerja dengan cara yang mudah: untuk menambahkan dua angka, kami membuat satu set gerbang logika yang akan melakukan penambahan. Setiap gerbang melakukan satu set operasi yang jelas pada data input.
Tapi ini bukan satu-satunya cara untuk melakukan perhitungan. Sebagian besar tugas dapat ditulis sehingga setara dengan tugas meminimalkan energi. Dalam versi ini, tugasnya adalah lanskap energi, dan solusinya adalah energi seminimal mungkin di atasnya. Intinya adalah menemukan kombinasi nilai bit yang menunjukkan energi ini.
Untuk melakukan ini, Anda harus mulai dengan lanskap energi datar: semua bit akan memiliki energi minimal. Lalu kami perlahan dan hati-hati mengubah lanskap di sekitar bit sampai mulai mewakili tugas kami. Jika semuanya dilakukan dengan benar, maka bit akan tetap dalam keadaan dengan energi minimal. Kami mendapatkan solusinya dengan mempertimbangkan nilai-nilai mereka.
Meskipun semua ini bekerja tanpa fisika kuantum, D-Wave melakukan ini dengan bantuan bit kuantum (qubit). Ini berarti bahwa qubit berkorelasi satu sama lain - ini disebut keterikatan kuantum. Akibatnya, mereka mengubah nilai-nilai mereka bersama-sama, dan tidak secara terpisah.
Tunneling
Akibatnya, efek yang dikenal sebagai kuantum tunneling menjadi mungkin. Bayangkan qubit terjebak dalam kondisi energi tinggi. Di dekatnya ada keadaan dengan energi lebih sedikit ke mana qubit ingin pergi. Tetapi untuk sampai ke sana, dia pertama-tama harus pergi ke keadaan dengan lebih banyak energi. Dalam sistem klasik, ini berubah menjadi penghalang untuk mencapai keadaan dengan energi lebih sedikit. Tetapi dalam kuantum qubit, ia bisa menembus terowongan penghalang energi, memasuki keadaan dengan energi lebih sedikit.
Kedua sifat ini dapat memungkinkan komputer yang dikendalikan oleh D-Wave untuk menemukan solusi untuk beberapa masalah lebih cepat daripada yang klasik.
Tetapi iblis bersembunyi dalam hal-hal kecil. Di komputer, lanskap energi dibangun oleh ikatan (penyatuan fisik) qubit. Tautan mengontrol seberapa besar nilai satu qubit memengaruhi nilai sisanya.
Momen ini selalu menjadi masalah bagi mesin dari D-Wave. Dalam kondisi ideal, setiap qubit akan memiliki koneksi dengan setiap qubit lainnya. Tetapi mengatur sejumlah besar koneksi tidak praktis.
Hasta dengan sendirinya
Konsekuensi dari kurangnya koneksi sangat serius. Beberapa tugas tidak bisa diperbaiki untuk diselesaikan pada mesin D-Wave. Dan kadang-kadang, dalam kasus-kasus di mana tugas dapat dilakukan kembali, perhitungannya tidak akan efektif. Bayangkan bahwa untuk menyelesaikan masalah, Anda perlu menghubungkan qubit dengan angka satu dan tiga, tetapi mereka tidak terhubung langsung. Dalam hal ini, Anda harus mencari qubit yang sama untuk keduanya. Misalkan qubit satu terhubung ke qubit lima, dan qubit dua terhubung ke qubit lima dan tiga. Maka qubit logis akan menjadi kombinasi yang pertama dan kelima. Qubit tiga logis - kombinasi yang kedua dan ketiga. D-Wave menyebut urutan ini panjang rantai. Dalam hal ini, panjangnya adalah dua.
Karena koneksi ke rantai qubit fisik untuk mendapatkan qubit logis, lebih sedikit qubit tetap tersedia untuk perhitungan.
D-Wave berencana membangun pola qubit yang lebih rumit untuk meningkatkan konektivitas. Semakin besar konektivitas, semakin pendek panjang rantai, semakin banyak qubit logis gratis. Dan jika qubit saling terhubung erat, dan konektivitasnya besar, maka dengan bantuan mesin seperti itu, lebih banyak masalah yang bisa diselesaikan.
Efisiensi penataan beberapa tugas akan sangat rendah, yaitu, arsitektur D-Wave sama sekali tidak cocok untuk solusi mereka. Tetapi dengan meningkatnya konektivitas, jumlah tugas yang tidak pantas akan berkurang.
Dalam versi mesin sebelumnya, qubit didistribusikan dalam blok delapan bagian untuk meningkatkan konektivitas blok diagonal dibandingkan dengan versi mesin sebelumnya. Akibatnya, situasi dengan panjang rantai agak membaik.
Arsitektur D-Wave 2000QSekarang D-Wave telah beralih ke skema konektivitas yang dikenal sebagai "Count of Pegasus." Saya tidak tahu bagaimana mendeskripsikannya dengan tepat, jadi saya tidak akan menggambarkannya dengan sangat tepat dari sudut pandang teori grafik yang ketat, tetapi lebih jelas. Alih-alih blok identik delapan qubit, mesin sekarang memiliki dua jenis blok: delapan potong dan dua potong.
Dalam blok delapan qubit, seperti sebelumnya, terletak di sepanjang loop dalam dan luar. Tetapi, seperti yang ditunjukkan dalam video, sekarang loop internal dan eksternal memiliki koneksi tambahan. Ini berarti bahwa setiap qubit di blok kecil memiliki lima tautan.
Blok itu sendiri tidak lagi diatur dalam kisi yang benar, dan ada lebih banyak koneksi antara qubit dari blok yang berbeda. Pada generasi sebelumnya, qubit pada loop eksternal dihubungkan dengan qubit lain pada loop eksternal, dan sekarang setiap qubit terhubung dengan loop internal dan eksternal dari blok tetangga.
Selain itu, jaringan baru komunikasi jarak jauh antara berbagai blok telah muncul. Setiap qubit memiliki koneksi yang relatif jauh dengan qubit lain di unit jarak jauh. Kepadatan sambungan jauh meningkat karena blok bangunan utama kedua, terdiri dari sepasang qubit gabungan. Pasangan terletak di sekitar blok utama dan melengkapi konektivitas yang jauh.
Idenya adalah bahwa dalam kelompok delapan qubit yang terletak di tepi chip, kepadatan ikatan hampir sama dengan kelompok internal, tidak seperti grafik dari kelas "chimera".
Pemendekan rantai
Apa artinya semua ini? Pertama, kesamaan kolom "chimera" dan "pegasus" berarti bahwa kode yang dikembangkan untuk "chimera" juga harus bekerja pada "pegasus". Peningkatan konektivitas berarti mengurangi panjang rantai dan meningkatkan keandalan.
Agar Anda dapat membayangkan seberapa banyak grafik baru meningkatkan situasi, saya akan mengatakan bahwa kisi persegi dengan koneksi diagonal membutuhkan rantai enam unit dalam grafik tipe "chimera" dan dua unit dalam grafik tipe "Pegasus". Secara umum, panjang rantai dikurangi dua atau lebih kali. Akibatnya, waktu operasi berkurang 30-75%.
Selain grafik baru, D-Wave meningkatkan kerja komputer pada tingkat teknis: tingkat kebisingan qubit lebih sedikit, dan jumlah mereka telah meningkat secara signifikan. Perusahaan berencana menggunakan arsitektur baru untuk membawa jumlah qubit menjadi 5000 (sejak 2000). Semua perubahan arsitektur ini berarti bahwa lebih banyak qubit fisik dapat digunakan sebagai logis yang independen, sehingga peningkatan akan jauh lebih signifikan.