D-Wave — останній динозавр у квантових джунглях, але нові звірі вже тут, маленькі й пухнасті

Уявіть собі доісторичний ландшафт, де гігантські динозаври колись панували на Землі. Ці величні створіння мали все — розмір, силу та домінування над екосистемою. А тепер уявіть, що ви гуляєте по цьому джунглям сьогодні та натрапляєте на повільного, громіздкого динозавра, який жує якісь бінарні листочки. Це, друзі, D-Wave — він ще живий і дихає, але на скільки довго?

Протягом останніх кількох років D-Wave часто представляли як альфа-хижака в світі квантових обчислень. Його величезна кількість «кубітів» (5000! Вау, так?) і його вражаючий метод «квантового відпалу» роблять його таким собі Т-рексом квантового світу. Але, як і динозаври, що блукали Землею мільйони років тому, час D-Wave у центрі уваги затьмарюється маленькими, пухнастими, швидко еволюціонуючими створіннями — квантовими комп’ютерами на базі гейтової моделі, які є ссавцями в цій аналогії. І, спойлер: ми всі знаємо, як закінчилася історія динозаврів.

Квантовий відпал: дієта травоїдного

D-Wave, незважаючи на весь свій маркетинг, працює на фундаментально іншому принципі, ніж його конкуренти на основі гейтових моделей. Він використовує квантовий відпал, техніку, яка найкраще підходить для розв’язання задач оптимізації, типу знаходження найкращого шляху для вашого ранкового доїзду через центр міста (або розв’язання складних задач матеріалознавства). Уявіть D-Wave як травоїдного, який блукає в пошуках найнижчого енергетичного стану, як бронтозавр, що шукає ідеальну папороть для перекусу.

Не зрозумійте мене неправильно — квантовий відпал має своє місце. Він простий, ефективний (теоретично) та хороший для специфічних задач, таких як квадратична не обмежена бінарна оптимізація (QUBO). Але, як і той бронтозавр, D-Wave може жувати лише дуже специфічні проблеми. Коли ж йому доводиться мати справу з середовищем, повним різноманітних обчислювальних викликів, він просто застиває, не в змозі адаптуватися до більш складних взаємодій. Якщо ваша задача надто складна, D-Wave просто буде дивитися на вас порожнім поглядом і повернеться до своїх бінарних оптимізаційних папоротей.

Гейтові моделі: еволюційні ссавці

А тепер поговоримо про маленьких, спритних ссавців, які щойно починають висовувати голови зі своїх нір — квантові комп’ютери на базі гейтових моделей, як от IBM та Google. На відміну від D-Wave, ці створіння не застрягли на одному типі задач. Вони універсальні, здатні застосовувати широкий спектр квантових операцій до одних і тих самих кубітів. Це ніби вони еволюціонували і отримали справжню руку з пальцями, здатну не тільки замовити квантову каву, але й тицяти кнопки на калькуляторі.

Квантові комп’ютери на базі гейтових моделей будуються на ідеї створення універсальної квантової машини. Ці машини більше схожі на швейцарські ножі, де кожен кубіт може робити кілька речей, що робить їх адаптивними для різних типів алгоритмів — алгоритм Шора для факторизації великих чисел (привіт RSA!), алгоритм Гровера для пошуку в базах даних, тощо. Це велика різниця з однозадачністю D-Wave, яка більше схожа на те, щоб попросити стегозавра пробігти марафон — ну, це просто не станеться.

Кубіти: якість проти кількості

D-Wave любить хвалитися своїми 5000+ кубітами, що звучить вражаюче, поки не розумієш, що ці кубіти не зовсім ті, які вам потрібні. Квантові ентузіасти швидко зрозуміють, що кубіти D-Wave більше схожі на «шумні біти», ніж на чисті квантові стани, до яких прагнуть гейтові машини. Так, D-Wave може мати багато таких кубітів, але вони слухняні приблизно як кімната повна дітей після святкового застілля.

Машини з гейтовими моделями, з іншого боку, зосереджені на створенні меншої кількості, але якісніших кубітів. Наприклад, машини IBM досягли 127 кубітів, і хоча це може здатися мізерним у порівнянні з багатим врожаєм D-Wave у 5000 кубітів, ці кубіти набагато краще підходять для розв’язання ширшого спектра задач. Вони також містять коди корекції помилок, які працюють як стабілізатори, що підтримують ці делікатні квантові стани, щоб вони не зруйнували ваше обчислення.

D-Wave: вражаючий, але обмежений

Віддамо належне D-Wave. Для задач, де квантовий відпал є хорошим вибором — типу оптимізації дорожнього руху або розкладання шкарпеток — він працює досить непогано. Але це нішеві випадки. Це як динозавр, який намагається розповісти, як він добре ламає дерева. Клас, але коли вам потрібен просунутий ШІ для управління вашим інвестиційним портфелем або факторизація простих чисел, ви, можливо, захочете звернутися до ссавця.

Фактично, зі зростанням складності квантових комп’ютерів на базі гейтових моделей (привіт, Quantum Approximate Optimization Algorithm, або QAOA), вони починають перевершувати підхід відпалу D-Wave у тих самих задачах оптимізації, де D-Wave мав би сяяти. У деяких тестах машина IBM з 127 кубітами перевершила D-Wave у 1500 разів у пошуку мінімальної енергії моделей спінового скла. Це як порівнювати гепарда з втомленим, повільним трицератопсом.

Майбутнє: ссавці захоплюють світ

Тож, який висновок? D-Wave все ще дієздатний, але він дуже схожий на останнього свого виду — квантового динозавра, який мав свій час у центрі уваги, але тепер його затьмарюють маленькі, спритні та швидко еволюціонуючі квантові комп’ютери на базі гейтових моделей. Ці машини готові захопити світ завдяки своїй універсальності та масштабованості.

Поки що нам все ще може знадобитися D-Wave для деяких спеціалізованих завдань, так само, як ми все ще тримаємо калькулятори, хоча смартфони існують. Але якщо ви думаєте про довгострокову перспективу, майбутнє явно належить квантовим комп’ютерам на базі гейтових моделей. Вони не тільки захоплять задачі оптимізації, а й весь спектр викликів квантових обчислень.

Отже, наступного разу, коли ви побачите, як D-Wave гордо хвалиться своїми кубітами, пам’ятайте: це останній з квантових динозаврів, що щасливо жує бінарні листочки, поки ссавці тихо планують світове домінування. І якщо історія чомусь нас навчила, ми знаємо, як це закінчується.

👍ПодобаєтьсяСподобалось2
До обраногоВ обраному1
LinkedIn
Дозволені теги: blockquote, a, pre, code, ul, ol, li, b, i, del.
Ctrl + Enter
Дозволені теги: blockquote, a, pre, code, ul, ol, li, b, i, del.
Ctrl + Enter

Ну хайп вокруг квантовых вычислений уже прошел. Они предназначены для узкого круга специфических задач за пределами которых применять нет смысла

Ну, це цукерково-букетний період період пройшов. Тепер там залишилися лише ті, хто розуміє, навіщо воно :)

Насправді зараз іде купа ‘quantum inspired’ досліджень, де не використовуються справжні квантові штуки, але використовуються алгоритми, які спочатку були заточені під них, але на GPU також працюють і дають кращу утилізацію, ніж алгоритми, які спочатку були заточені під CPU, а потім адаптовані для GPU :)

це якраз приклад того хто не розумiє що пише. Реальнi квантовi обчислення,а не iмiтацiя. можна виконувати тiльки на квантових компютерах. Нiякi GPU тут не допоможуть бо це класичнi а не квантовi присторi. Це фундаментальне обмеження.
. до речi наступногог року столiття квантовiй механiцi — парний привiд полистати пiдручники замiсть научпопу. саме тому тре платити IBM за реально погратись — бо не в кодного дома дiжка з рiдким азотом шоб запхати туди квантовий обчислювач.
а дослiдження йдуть вже давно. Ще в 80х Фейнман пояснював для чого реально потрiбнi
I не дуже зрозумалi шо значить «гейтовi моделI» — а що можуть бути ще якiсь? Гейти це приблизно те саме що булевi елементи в цифрових обчисленнях

Quantum-inspired computations — це можливість побачити деякі задачі з іншого боку. Так, реальні масштабні квантові обчислення можливі лише на квантових пристроях, але деякі задачі не потребують «справжньої 100% суперпозиції», а можуть працювати на «сурогаті», який можна емулювати на класичних пристроях досить ефективно.

У реальних задачах багато фізичних кубітів не є повністю незалежними, значна їх частина додається через фізичні обмеження в можливих зв’язках на існуючих архітектурах та для корекції помилок. Тому на 127-кубітовому «справжньому» квантовому комп’ютері від того ж IBM ви отримаєте в кращому випадку 2-3 десятки «теоретично правильних» кубітів, до яких встигнете застосувати максимум сотню операторів, доки все не перетвориться на гарбуза.

Насправді навіть теоретично правильна емуляція квантових пристроїв можлива на класичних девайсах, але потребує багато пам’яті, щоб тримати повний набір значень. Тобто вся зараз існуюча теорія про квантові комп’ютери заточена на бінарні задачі, відповідно, для системи на N кубітів вам потрібно зберігати поточну ймовірність кожної з 2**N можливих комбінації «внутрішніх станів» кубітів, і це всього лише 2 флоати на комбінацію.

Тобто системи навіть із 30 кубітів все ще можна абсолютно точно емулювати на звичайному комп’ютері, і це буде потребувати всього лише 16 ГБ пам’яті.

І кожне застосування оператора потребує всього лише 7 complex floating-point операцій на кожному елементі state vector — тобто це 7 * 10**9 операцій, що займає менше секунди на звичайному CPU.

Зрозуміло, що все це зростає експоненційно зі збільшенням кількості кубітів, але твердження, що це фундаментально неможливо, не зовсім правильне :))

емуляцiя — це хiба для навчального процессу
або навiшати локшину iнвесторам шо тут «квантовi» обчислення
ну типу як зараз для кожного сраного калькулятора дописують що вiн з ШI

в буль якому разi -квантовi обчислення для вузького кола хадач — в основному для моделювання квантових систем а вiдповiлно i для вузького кола спецiвлiстiв

У D-Wave теж не все добре з кількістю кубітів. Фізичні кубіти D-Wave об’єднані в блоки по 8 шт. Причому цей блок не можна квантово заплутати з ЛЮБИМ іншим блоком. В загальному випадку потрібно вибудовувати ланцюги з блоків. Це все дуже сильно скорочує маркетингові «5000 кубітів»

Ну там не зовсім так, інакше ці самі ланцюги вибудувати б не вдалося :) Але зв’язність між блоками не така хороша, як всередині блоку, це так. І непродуктивні витрати кубітів досить великі.

Але в gate-based системах це схоже, адже CZ/CNOT можуть виконуватися не між будь-якими двома кубітами, і доводиться дублювати кубіти, щоб скомпенсувати особливості фізичної топології. Плюс додаються кубіти та оператори для коригування помилок.

Но если с помошью квантовых компьютеров найдут способ взламывать криптографию с открытым ключом — это будет сильное потрясение для всего мира ))

если.

Вже існують алгоритми шифрування, які не можна взламати квантовими обчисленнями.

Які не можна взламати відомими квантовими алгоритмами :)

взагалiто алгоритми тi самi — зробiть ключ 1024 i нiхто не зламае — не вистачить обчислювальних потужностей. крiм того саме штфрування по требуе багато обчислень а квантовiсистеми повiльнiшi за першi 4х бi тнi мiкропроцессори початку 70х
Тому квантова система використовуется для безпечноi передачi ключа — а далi звичайне шифрування

Ключ 1024 вам SSH вже навіть не дозволить зробити без руганини :))

ну робiть який хочете якшо комп достатньо потужний шифрувати довгим ключем

Ключ 1024/2048/... використовується один раз на сесію, щоб згенерувати сесійний ключ, який набагато коротший і використовується не для криптографії з відкритим ключем, а для звичайного симетричного алгоритму типу AES або аналогічних. Тож розмір цього ключа не дуже впливає на те, з якою швидкістю він буде шифрувати.

Ні, не ті самі. І ні, там не в тому справа, що не можна взломати вже відомими квантовими компʼютерами. Але сперечатись не буду.

Будь-яка несиметрична криптографія базується на тому, що для якоїсь дії вважається, що виконати її вперед незрівнянно простіше, ніж назад. Але це залежить саме від того, чи знаємо ми, як це можна зробити. У багатьох алгоритмів криптографії той же NIST відкликав рекомендований статус, коли знаходилися невідомі раніше алгоритми, які дозволяють швидко або значно швидше виконати зворотну дію.

Тобто питання не у відомих квантових комп’ютерах, які поки що навіть RSA не можуть зламати, а в теоретично відомих алгоритмах, які при подальшому розвитку технологій можуть стати практично застосовними.

Тобто так, зараз існує декілька криптоалгоритмів, для яких наразі не існує класичного або квантового алгоритму, що може їх зламати, незалежно від того, як швидко чи повільно буде розвиватися технологія.

Криптографія з відкритим ключем — це концепція, її не можна зламати :) Зламати можна конкретні криптоалгоритми, які використовуються в тій чи іншій реалізації криптографії з відкритим ключем. Наразі є «теоретичні можливості» зламати RSA та ECDSA, але вже існують «quantum-safe» (не підвержені відомим на сьогодні квантовим атакам) реалізації криптографії з відкритим ключем

Не варто називати пристрої D-Wave — «quantum computer». Це «quantum annealer».
На квантовому комп’ютері можна реалізувати будь-яке алгоритмічне обчислення як і на класичному комп’ютері. Просто далеко не завжди будеш мати «квантову перевагу». А на D-Wave quantum annealer можна реалізувати дуже обмежений клас задач. Це все одно що називати «комп’ютером» пристрій, який тільки і вміє як ділити число на два ))
Так, він щось обчислює. Тобто формально це «комп’ютер» = «обчислювач». )))
Але тоді треба називати «комп’ютером» і калькулятор і навіть дерев’яні рахівниці ))
І квантові комп’ютери с гейтами на кубітах з’явились раніше (2001) ніж квантові анелайнери D-Wave (2007). Так що це ще питання хто з них «динозавр» ))
Набагато цікавіше обговорити, яка фізична реалізація кубітів перспективніша з погляду масштабування і стійкості (часу когерентності).

D-Wave Systems | The Practical Quantum Computing Company

D-Wave is the only quantum computing company solving real business problems and demonstrating quantum ROI.

The Advantage™ system is the first and only quantum computer designed for business. Our 5th generation Advantage quantum computer was built from the ground up with a new processor architecture with over 5,000 qubits and 15-way qubit connectivity, empowering enterprises to solve their largest and most complex business problems.

Ну докажить це D-Wave :)

Насправді воно використовує квантові ефекти, просто не зовсім ті і не зовсім так :)

Тобто за рахунок coupler’ів воно дійсно зв’язує стани кубітів між собою, а за рахунок ‘тряски’ отримує тунельний ефект, щоб виходити з локальних мінімумів. Це цілком собі квантові ефекти.

пристрої D-Wave це гiбриди — ну типу тойоти прiуса

Підписатись на коментарі