Nesitikima, kad debesų kompiuterija paremta „IBM Q“ tarnyba aplenks įprastus kompiuterius – kol kas

Tikėdamasi, kad jeigu ką nors sukuri, tai kam nors to ir prisireiks, IBM planuoja šiais metais pateikti pirmąją „universalią“ kvantinių skaičiavimų tarnybą, paskelbė kompanija kovo 6 dieną. IBM Q sistema bus pasiekiama internetu mokamai.

Sistemos našumas nebus didesnis, nei įprastų kompiuterių, bent jau kol kas. Bet kompanija tvirtina, kad sistema bus itin svarbi ateities rinkos kūrimui kvantinėms mašinoms, galinčioms atlikti sudėtingus skaičiavimus, dabar nepasiekiamus klasikiniams kompiuteriams. Debesų tarnyba yra naujausia salvė įnirtingame mūšyje, stengiantis sukurti naudingą kvantinį kompiuterį.

Projektas kuriamas, remiantis dabartinio IBM debesų kompiuterijos tarnybos Quantum Experience, kuria bet kas gali pasinaudoti nemokamai, veikimo metu sukauptomis žiniomis. Ši sistema prijungta prie interneto pernai metų gegužę ir neseniai gavo atnaujintą vartotojo sąsają. „Sistemos veikimo mėnesiai mus daug ko išmokė,“ sako fizikas Jerry Chow, vadovaujantis kvantinių skaičiavimų laboratorijai IBM tyrimų centre, įsikūrusiame Yorktown kalvose, Niujorke. Sistema suteikė viso pasaulio tyrėjams galimybę praktikuotis, kuriant kvantinius algoritmus, neturint nuosavo kvantinio kompiuterio. IBM strategija yra sukurti aplink technologiją „bendruomenę ir ekosistemą“, pažymi Chow.

Kompanija neatskleidžia, kada tiksliai IBM Q pradės veikti, ir tik pasakė, kad tai nutiks šiais metais. Taip pat nutylima, kokia bus naujosios sistemos galia, ar kiek kainuos naudojimasis ja. Kompanija sakė, kad pirmieji klientai – kurių tapatybės nenurodomos – jau laukia eilėje, ir tik pažymėjo, kad keli verslo partneriai išbandys ir kurs savo programas kvantiniam kompiuteriui.

Kvantinė konkurencija

Kvantiniai kompiuteriai naudoja iš pirmo žvilgsnio keistas subatominės fizikos savybes, kai informacijos bitai – kvantiniai bitai, arba kubitai – gali įgyti daug būsenų tuo pačiu metu, o ne tiesiog būti 0 ar 1, kaip elgiasi klasikinių kompiuterių bitai. Nuo praėjusio amžiaus dešimtojo dešimtmečio, fizikos teoretikai, tarp kurių buvo ir IBM darbuotojų, sukūrė algoritmus kubitams, kurie teoriškai tam tikras užduotis galėtų spręsti daug greičiau, nei tai įmanoma klasikiniais kompiuteriais.

Bet praktikoje gauti pakankamai kubitų, kurie veikdami drauge, galėtų tuos algoritmus vykdyti – vadinamąjį universalų kvantinį kompiuterį – pasirodė esanti itin nelengva. Kubitų pažabojimui įsigalėjo dvi technologijos. Viena iš jų laiko atskirus jonus vakuume laiko elektriniais ir magnetiniais laukais; kita įkomponuoja kubitus į mikroskopinius superlaidžius grandynus, laikomus vos kelių kelvinų temperatūroje. IBM remiasi būtent šiuo būdu.

Pastaraisiais metais prie varžybų prisijungė ir Google, įkurdama superlaidžių kubitų laboratoriją Santa Barbaroje, Kalifornijoje. Google, IBM ir dar kelios kompanijos bei mokslo laboratorijos paskelbė agresyvius aparatų, pralenksiančių klasikinius kompiuterius, kūrimo gaires. Bet tokioms mašinoms reikėtų naudoti maždaug 50 kubitų. Dabartinis rekordas yra 20 kubitų, ko vos pakanka paprastiems skaičiavimams.

Praktiniai reikalai

Taigi, IBM pristatė Quantum Experience – kuriame naudojami penki superlaidūs kubitai – kai kam tai pasirodė beprasmiška. „Daugelis žvelgė į tai kaip į viešųjų ryšių akciją,“ sako fizikas Christopheris Monroe, vadovaujantis jonų manipuliavimo laboratorijai Marylando universitete College Parke. „Bet manau,kad tai iš tiesų yra labai svarbu.“

Nors tai nėra naujausia ir galingiausia mašina, IBM teko įveikti daug iššūkių, kol pavyko Quantum Experience prijungti prie interneto ir suteikti tyrėjams – kurie nebūtinai yra fizikai ir niekada nėra dirbę su kvantiniu kompiuteriu – galimybę juo naudotis. Taigi, teko sukurti sistemą, funkcionuojančią be nuolatinės ją sukūrusių fizikų priežiūros. „Akivaizdu, mašiną reikėjo įkelti į debesis,“ sako Monroe. „Bet norint sistemą pakelti į tokį lygį, reikia nemenkai paplušėti.“

Galėdami naudotis tokiomis sistemomis, kaip Quantum Experience ar IBM Q, mokslininkai iš viso pasaulio gali pradėti spręsti unikalius kvantinio programavimo iššūkius. Jie labai skiriasi nuo įprasto programavimo, ir programuotojai privalo suprasti ir prisitaikyti prie fizinių kubitų apribojimų. Šiaip jau, penkių kubitų aparatą nesunku simuliuoti klasikiniu kompiuteriu – netgi nešiojamuoju, pažymi Monroe. Bet tikri kubitai nėra tokie paprasti.

„Sunkiausia priversti algoritmą veikti su tikra, netobulumų turinčia technine įranga,“ pažymi Isaac Chuang, fizikas iš Massachusettso technologijos instituto Cambridge.

Chow sako, kad IBM Q turės daugiau kubitų, nei Quantum Experience, bet tikslaus skaičiaus kompanija dar nepateikia.

Kvantinių debesų era

Kol kas Quantum Experience susilaukė 40 000 naudotojų iš daugiau nei 100 šalių. Pavyzdžiui, Chuang jį praeitų metų gale naudojo internetiniuose abiturientų lygio užsiėmimuose, kad mokiniai galėtų praktikuotis programavimą tikru kvantiniu kompiuteriu.

Sistemos naudotojai atliko 275 000 eksperimentų ir parašė maždaug 15 tiriamųjų darbų. Tarp jų yra ir Monroe vadovaujamos komandos darbas apie IBM superlaidininkus naudojančio aparato palyginimas su penkių kubitų jonų mašina Monroe laboratorijoje¹. Kompanijos kvantinis debesų kompiuteris buvo spartesnis, tačiau Monroe mašina buvo tikslesnė.

Monroe yra vienas iš debesų kvantinės kompiuterijos (jonų pagrindu) startuolio IonQ steigėjų, bet šia tema jis nespekuliavo. Google planuoja tą patį atlikti su savo superlaidžių kubitų mašinomis, bet tik tada, kai sukurs veikiantį 50 kubitų superkompiuterį, sako Johnas Martinis, vadovaujantis kompanijos kvantinės kompiuterijos laboratorijai Santa Barbaroje.

Tuo tarpu Burnabay, Kanadoje, įsikūrusi D-Wave kompanija, kvantinių skaičiavimų paslaugas internetu tiekė jau nuo 2010-ųjų. „Mūsų strategijos pagrindas – debesų prieinamumo modelis,“ sako Jeremy Hilton, sistemų vyr. viceprezidentas. Bet D-Wave mašinos nėra „universalūs“ kompiuteriai ir gali atlikti ribotą kvantinių algoritmų rinkinį. Nepaisant to, keletas tyrėjų grupių panaudojo jas savo projektams.

Davide Castelvecchi
scientificamerican.com

Komentarai ()