211service.com
Superkompiuterių modeliavimas siūlo pažvelgti į kvantinių kompiuterių ateitį
Tokios užduoties, kurią galima imituoti 45 kubitų kompiuteryje, pavyzdys
Kompiuterių mokslininkai turi pavadinimą taškui, kai kvantiniai kompiuteriai tampa galingesni už paprastus kompiuterius. Jie tai vadina kvantine viršenybe ir, beje, tas laikas sparčiai artėja.
Šiuo metu manoma, kad kvantinis kompiuteris, galintis valdyti 49 kubitus, atitiks galingiausio planetos superkompiuterio galimybes. Ir viskas, kas yra didesnė už tai, bus už paprastų skaičiavimo mašinų ribų.
Tai dar nėra visiškai įmanoma. Tačiau kyla svarbių klausimų, kaip galime žinoti, ar šie kvantiniai kompiuteriai veiks taip, kaip tikėtasi. Norėdami tai išsiaiškinti, kompiuterių mokslininkai pradėjo naudoti galingus klasikinius kompiuterius, kad imituotų kvantinių kompiuterių elgesį.
Idėja yra kuo tiksliau sukalibruoti ir palyginti jų elgesį, kol dar galime. Po to mes tiesiog turėsime pasitikėti kvantiniu pasauliu.
Žinoma, niekas dar nesumodeliavo 49 kubitų kvantinio kompiuterio. Tačiau šiandien Thomas Haneris ir Damianas Steigeris iš ETH Ciuricho Šveicarijoje paskelbė apie ambicingiausią iki šiol bandymą.
Šie vaikinai panaudojo penktą galingiausią superkompiuterį pasaulyje, kad imituotų 45 kubitų kvantinio kompiuterio elgesį. Mūsų žiniomis, tai yra naujas maksimalaus modeliuojamų kubitų skaičiaus rekordas, sako Haneris ir Steigeris. Ir jie parodo, kaip turėtų būti įmanomi galingesni modeliai.
Šis modeliavimas yra sudėtingas dėl didžiulio skaičiavimų, kuriuos suteikia kvantiniai kompiuteriai, masto. Šią didelę galią lemia superpozicijos kvantinis reiškinys, leidžiantis kvantinėms dalelėms, tokioms kaip fotonai, egzistuoti daugiau nei vienoje būsenoje tuo pačiu metu.
Pavyzdžiui, horizontaliai poliarizuotas fotonas gali reikšti a 0 o vertikaliai poliarizuotas fotonas gali atstovauti a vienas . Bet kai fotonas egzistuoja kaip horizontalios ir vertikalios poliarizacijos superpozicija tuo pačiu metu, jis gali reikšti ir 0 ir vienas skaičiuojant.
Tokiu būdu du fotonai gali reikšti keturis skaičius, trys fotonai – aštuonis skaičius ir t.t. Čia kvantiniai kompiuteriai įgyja savo skaičiavimo galias, todėl klasikiniai kompiuteriai nublanksta prieš akis.
Pavyzdžiui, tik 50 fotonų gali reikšti 10 000 000 000 000 000 skaičių. Klasikiniam kompiuteriui prireiktų petabaitų atminties, kad būtų galima saugoti tiek daug.
Apdoroti šiuos skaičius klasikiniame kompiuteryje yra dar didesnė užduotis. Taip yra todėl, kad daugumą superkompiuterių sudaro daugybė apdorojimo blokų, sujungtų milžiniškame skaičiavimo tinkle. Dėl to duomenų srauto į šiuos mazgus ir iš jų valdymas yra didelė komunikacijos sąnauda.
Dėl šio iššūkio modeliavimo dydis buvo gerokai mažesnis už kvantinės viršenybės ribą. Dabartinis pasaulio rekordas yra 42 kubitų modeliavimas, darbas, atliktas su Julich superkompiuteriu 2010 m. Nuo to laiko padaryta nedidelė pažanga dėl problemų, susijusių su skaičiavimo pridėtinėmis išlaidomis.
Dabar tai pasikeitė Hanerio ir Steigerio darbo dėka. Jų proveržis yra rasti būdų, kaip sumažinti pridėtines išlaidas, kad modeliavimas galėtų vykti daugiau nei eilės tvarka greičiau nei anksčiau.
Tyrėjai pritaikė šiuos patobulinimus modeliavimo rinkiniui Cori II superkompiuteryje Lawrence'o Berkeley nacionalinėje laboratorijoje Kalifornijoje. Šis įrenginys susideda iš 9304 mazgų, kurių kiekviename yra 68 branduolių Intel Xeon Phi 7250 procesorius, veikiantis 1,4 gigaherco dažniu. Dėl to pasiekiamas didžiausias 29,1 petaflopo našumas su vienu petabaitu atminties.
Pavadintas Gerty Cori, pirmosios moters, laimėjusios Nobelio medicinos premiją, vardu, Cori II yra penktas galingiausias superkompiuteris planetoje. Taigi skaičiavimo arklio galių netrūksta.
Haneris ir Steigeris naudojo šį įrenginį, kad imituotų, kaip kvantinis kompiuteris atliktų skaičiavimus naudojant 30, 36, 42 ir 45 kubitus. Didžiausiam modeliavimui jie panaudojo 0,5 petabaitų atminties ir 8 192 mazgus, o tai pasiekė 0,428 petaflopų našumą.
Tai žymiai mažiau, nei gali mašina, net ir esant komandos suprojektuotam greičiui. Komanda šį našumo praradimą priskyrė komunikacijos išlaidoms, kurios vis dar užima 75 procentus skaičiavimo laiko.
Haneris ir Steigeris palygino rezultatus su 30 ir 36 kubitų kompiuterių, veikiančių mažiau galingu superkompiuteriu Edison, modeliavimu, taip pat Lawrence Berkeley laboratorijoje. Jie nustatė, kad jų požiūris taip pat pagreitino šiuos skaičiavimus. Tai rodo, kad gautas pagreitis nebuvo tik naujos kartos [Cori II] aparatinės įrangos pasekmė, sako Haneris ir Steigeris.
Jie sako, kad šis patobulinimas rodo, kad artimiausiu metu turėtų būti įmanoma imituoti 49 kubitų kompiuterį.
Tai įdomus darbas, atveriantis kelią ateities kvantiniams kompiuteriams. Šio darbo duomenys vaidins svarbų vaidmenį užtikrinant, kad fizikai pasitikėtų kvantiniais skaičiavimais, kai pagaliau bus pasiektas kvantinis pranašumas. Ir ta diena tikrai ne per toli ateityje.
Nuoroda: arxiv.org/abs/1704.01127 : 0,5 petabaito 45 kubitų kvantinės grandinės modeliavimas