Kvantinis skaičiavimas

Kompiuteriai įsiskverbė į beveik visas verslo ir mokslo sritis ir vis spartėja. Nepaisant to, mokslininkai nuolat susiduria su problemomis, kurių neįmanoma išspręsti net galingiausiems superkompiuteriams. Ištaisyti galėtų būti kvantiniai kompiuteriai, kurie panaudotų fantastiškas kvantinės mechanikos savybes, kad išspręstų tokias problemas per kelias sekundes, o ne šimtmečius. Nuo devintojo dešimtmečio akademinių laboratorijų ir firmų, tokių kaip IBM, Hewlett-Packard ir NEC, fizikai taikė įvairius kvantinio skaičiavimo metodus, tačiau panašu, kad nė vienas iš jų nepateiks veikiančios mašinos greičiau nei per 10 metų.

Bendrovė: D-bangų sistemos

Ši istorija buvo mūsų 2005 m. liepos mėn. numerio dalis

• Žr. likusią numerio dalį
• Prenumeruoti

Būstinė: Vankuveris, Britų Kolumbija

Investuota suma: 22 milijonai dolerių Kanados (apie 17,5 milijono JAV dolerių)

Pagrindinis investuotojas: Draper Fisher Jurvetson

Pagrindiniai įkūrėjai: Geordie Rose, Alexandre'as Zagoskinas, Bobas Wiensas, Haigas Farrisas

Technologijos: Kvantiniai kompiuteriai

Tačiau Vankuverio startuolis D-Wave Systems siekia sukurti kvantinį kompiuterį per trejus metus. Tai nebus pilnai funkcionuojantis kvantinis kompiuteris, kaip ilgai įsivaizduota; Tačiau D-Wave ruošiasi sukurti specialios paskirties triukšmingą kvantinę įrangą, kuri galėtų išspręsti daugelį fizinio modeliavimo problemų, kurios kliudo šiuolaikiniams kompiuteriams, sako Davidas Meyeris, matematikas, dirbantis su kvantiniais algoritmais iš Kalifornijos universiteto. San Diego.

Skirtumas tarp D-Wave sistemos ir kitų kvantinių kompiuterių konstrukcijų yra ypatingos kvantinės mechanikos savybės, kurias jie išnaudoja. Kitos sistemos remiasi savybe, vadinama įsipainiojimu, kuri sako, kad bet kurios dvi dalelės, kurios sąveikavo praeityje, net jei dabar yra erdviškai atskirtos, vis tiek gali turėti įtakos viena kitos būsenoms. Tačiau tą tarpusavio priklausomybę lengvai suardo dalelių sąveika su aplinka. Priešingai, D-Wave dizainas pasinaudoja daug tvirtesne kvantinės fizikos savybe, vadinama kvantiniu tuneliu, leidžiančia dalelėms stebuklingai peršokti iš vienos vietos į kitą.

Įtraukta 1999 m. balandį, D-Wave atsirado kaip Britų Kolumbijos universiteto studentų ir dėstytojų pokalbių ciklas. Bėgant metams ji sukaupė intelektinės nuosavybės ir susiaurino savo dėmesį, tuo pačiu pritraukdama beveik 18 mln. Bendrovė planuoja iki 2006 m. pabaigos sukurti įrenginio prototipą; versija, galinti išspręsti komercines problemas, gali būti parengta iki 2008 m., sako prezidentas ir generalinis direktorius Geordie Rose.

„D-Wave“ tvarkaraščio agresyvumas pasiekiamas dėl įrenginio konstrukcijos paprastumo: analoginis lustas, pagamintas iš žemos temperatūros superlaidininkų. Lustas turi būti atšaldytas iki -269 °C skystu heliu, tačiau tam nereikia subtilių naujausių lazerių, vakuuminių siurblių ir kitų egzotiškų mechanizmų, kurių reikia kitiems kvantiniams kompiuteriams.

Dizainas taip pat pritaikytas litografijos metodams, naudojamiems standartinėms kompiuterių lustams gaminti, dar labiau supaprastinant gamybą. „D-Wave“ ant lusto modeliuoja daugybę žemos temperatūros superlaidininkų, tokių kaip aliuminis ir niobis, kilpų. Kai per juos teka elektra, kilpos veikia kaip maži magnetai. Du šaldytuvo magnetai natūraliai pasisuks taip, kad sulips, sumažindami energijos tarpą. D-Wave lusto kilpos elgiasi panašiai, pasukant srovės tekėjimo kryptį iš pagal laikrodžio rodyklę į prieš laikrodžio rodyklę, kad būtų sumažintas magnetinis srautas tarp jų. Priklausomai nuo problemos, kurią ji turi išspręsti, lustas yra užprogramuotas taip, kad srovė tekėtų per kiekvieną kilpą tam tikra kryptimi. Tada kilpos spontaniškai apsiverčia, kol pasiekia stabilią energijos būseną, kuri yra problemos sprendimas.

Pirmasis „D-Wave“ kompiuteris negalės pasiekti plačiausiai reklamuojamo kvantinio skaičiavimo atlygio: ypač didelius skaičius šiuolaikinių kriptografinių sistemų širdyje įvertins eksponentiškai greičiau nei bet kuris žinomas kompiuteris. Tačiau jis puikiai tiks sprendžiant tokias problemas kaip liūdnai pagarsėjusi keliautojo pardavėjo problema, kai pardavėjas ieško optimalaus maršruto tarp miestų. Augant jų sudėtingumui, tokios problemos greitai tampa neįveikiamos tradiciniams kompiuteriams, nes reikia ištirti visus įmanomus atsakymus. Ieškodama savo optimalios energijos būsenos, D-Wave lustas atlieka būtent tokio tipo skaičiavimus automatiškai, per kelias sekundes. Programos – kai kurios kainuoja milijardus dolerių – apima tokių įvairių elementų kaip sunkvežimių maršrutų, finansinių portfelių ir net tradicinių kompiuterių lustų išdėstymo optimizavimą. „D-Wave“ bendradarbis Oliveris Downsas sako, kad „D-Wave“ lustas taip pat turėtų puikiai modeliuoti kitas kvantines sistemas, pavyzdžiui, nanomedžiagoms ar vaistams būdingą molekulinę sąveiką.

Nors D-Wave sistemos yra tvirtesnės nei įprasti kvantiniai kompiuteriai, jos vis tiek bus subtilios. Taigi įmonė ketina parduoti sprendimus, o ne kompiuterius, sako Rose. Klientas paleis programą, kad išspręstų nurodytą problemą savo kompiuteriuose. Kai programa susiduria su neišsprendžiama problemos dalimi, ji nuotoliniu būdu iškvies D-Wave kompiuterį, kad paleistų paprogramę. Daugeliui specializuotų programų tokia speciali aparatinė įranga gali būti pranašesnė už net pačią protingiausią programinę įrangą, veikiančią bendrosios paskirties kompiuteryje, sako UCSD Meyeris.

Ir nors daugelis kvantinio skaičiavimo metodų atsitrenkė į sieną, atsitrenkdami į lazerių ir kitos įrangos ribas, Downsas mano, kad ankstyvieji D-Wave eksperimentiniai rezultatai rodo, kad jo lustas veikia pagal tvarkaraštį. Nors Meyeris sako negalintis įvertinti, ar įmonė laikysis savo pačios nustatytų terminų, jis tiki, kad pavyks sukurti mašiną, galinčią išspręsti būtent tokias problemas, kokias ji numato. Jie įdarbino ir labai gerus eksperimentuotojus, ir gana rimtus teorijos žmones, sako jis. Tai tikrai būdas išspręsti tokią problemą, kad ji įvyktų per neakademinį laiką.

Bendrovė:
D-bangų sistemos

Būstinė:
Vankuveris, Britų Kolumbija

Investuota suma:
22 milijonai dolerių Kanados (apie 17,5 milijono JAV dolerių)

Pagrindinis investuotojas:
Draper Fisher Jurvetson

Pagrindiniai įkūrėjai:
Geordie Rose, Alexandre'as Zagoskinas, Bobas Wiensas, Haigas Farrisas

Technologijos:
Kvantiniai kompiuteriai

paslėpti