Výpočtový zázrak: Kvantový stroj vyriešil praktický problém o milión rokov rýchlejšie ako superpočítač

Spoločnosť D-Wave Quantum, startup z Kalifornie zameraný na kvantové počítače pre komerčné aplikácie, oznámila prelomový výsledok. Ich prototyp kvantového počítača Advantage 2 s využitím kvantového žehlenia (annealing) vyriešil praktický vedecký problém, upozorňuje Interesting Engineering.

Predbehnú klasickú techniku

Podľa Moorovho zákona sa výkon klasických mikroprocesorov zdvojnásobuje každé dva roky. Napriek tomuto exponenciálnemu rastu výkonu však čelíme problémom, ktoré ani najvýkonnejšie superpočítače nedokážu efektívne riešiť – napríklad modelovanie klimatických zmien alebo objavovanie nových liečiv.

Kvantové počítače ponúkajú nový prístup k riešeniu takýchto komplexných úloh. Na rozdiel od klasických počítačov, ktoré spracovávajú informácie v jednotkách a nulách, kvantové počítače využívajú kvantové bity (qubity), ktoré môžu byť v superpozícii viacerých stavov naraz. To umožňuje vykonávať mnohonásobné výpočty simultánne a riešiť problémy, ktoré by inak trvali tisíce rokov.

Vedci z D-Wave sa zamerali na simulácie programovateľných spinových skiel, čo je známy a mimoriadne náročný problém v oblasti magnetických materiálov. Tieto materiály majú široké využitie – od medicínskych aplikácií po vývoj polovodičov, senzorov a elektromotorov. Kvôli ich mikroskopickej štruktúre však pochopenie ich interakcií predstavuje obrovskú výzvu.

Kvantová mechanika riadi správanie týchto materiálov, a preto ich simulácia na klasických počítačoch vyžaduje extrémne množstvo výpočtových zdrojov. Bežne sa na tieto úlohy používajú vysokovýkonné počítačové centrá (HPC) a superpočítače s grafickými procesormi (GPU), no takýto prístup je časovo aj energeticky náročný.

Ohromná energetická spotreba

Počítač Advantage 2 od D-Wave používa metódu známu ako kvantové žehlenie (annealing). Tento princíp spočíva v tom, že kvantový systém začne v superpozícii všetkých možných riešení problému, ktorá predstavuje vysoké energetické štádium. Následne sa systém pomaly „ochladzuje“ (annealing), čo mu umožňuje nájsť optimálnu konfiguráciu s najnižšou energiou.

Keď vedci porovnali riešenie tohto problému na kvantovom počítači D-Wave a na superpočítači Frontier v Oak Ridge National Laboratory (ORNL), rozdiel bol obrovský. Kvantový počítač vyriešil úlohu v priebehu niekoľko minút, zatiaľ čo superpočítač by potreboval na jej vyriešenie viac ako milión rokov a spotreboval by pri tom ročnú globálnu spotrebu elektrickej energie.

Dr. Alan Baratz, CEO spoločnosti D-Wave, označil tento výsledok za dôkaz kvantovej nadvlády (quantum supremacy) v reálnom svete. Na rozdiel od predchádzajúcich pokusov o demonštráciu kvantovej nadvlády, ktoré zahŕňali generovanie náhodných čísel bez praktického využitia, výsledok D-Wave ukazuje skutočnú hodnotu kvantových počítačov.

Čítajte viac z kategórie: Novinky