سخت افزار D-Wave از رایانه های کلاسیک برتر است


سخت افزار D-Wave از رایانه های کلاسیک برتر است

موج D

در اوایل تاریخ D-Wave ، این شرکت ادعاهای جسورانه ای در مورد الگوریتم های خود ، برتر از آنر کوانتومی ، که روی پردازنده های سنتی کار می کند ، ارائه داد. این ادعاها زودرس بودند ، زیرا پیشرفت در این الگوریتم ها سخت افزار سنتی را به جلو بازگرداند. از آن زمان به بعد ، این شرکت در مورد ادعاهای عملکرد خود بسیار محتاط تر عمل کرده است ، گرچه نسل جدیدی از سخت افزار را معرفی کرده است.

اما در آستانه آخرین سخت افزار ، این شرکت به وضوح علاقه مند به عملکرد دوباره است. و او اخیراً با دانشمندان Google همکاری کرد تا با افزایش شکاف با افزایش شکاف ، عملکرد قابل توجهی را در مقایسه با الگوریتم کلاسیک نشان دهد – اگرچه دانشمندان این شرکت در یافتن راه هایی برای تحریک بیشتر سخت افزار کلاسیک بسیار پیشرفته بودند. هنوز هم هشدارهای بسیاری حتی فراتر از آن وجود دارد ، بنابراین ارزش دارد که به کارهای شرکت نگاهی دقیق بیندازید.

آهنربا ، چگونه می چرخد؟

سیستم D-Wave بر اساس مجموعه بزرگی از دستگاه های کوانتومی ساخته شده است که به برخی از همسایگان خود متصل هستند. هر دستگاه می تواند حالت خود را به صورت جداگانه تنظیم کند و سپس با حرکت سیستم از طریق حالت های مختلف ، دستگاه ها مجاز به تأثیر در همسایگان خود هستند و دستگاه های جداگانه رفتار آنها را تغییر می دهند. این انتقال معادل انجام عملیات است. و به دلیل ماهیت کوانتومی این دستگاه ها ، به نظر می رسد سخت افزار می تواند به حالت های جدید “تونل” شود ، حتی اگر تنها مسیر بین آنها حالت های پرانرژی را داشته باشد که دستیابی به آنها غیرممکن است.

سرانجام ، اگر سیستم به درستی کار کند ، می توان وضعیت نهایی دستگاهها را در پاسخ به محاسبه انجام شده توسط عملیات خواند. و به دلیل تأثیرات کوانتومی ، می تواند به طور بالقوه راه حل هایی را فراهم کند که دسترسی به رایانه کلاسیک برای آنها دشوار است.

با این حال ، همانطور که در بالا ذکر شد ، اعتبار این ایده چالش برانگیز است. جایی که این سیستم بهترین عملکرد را داشته است ، مدل سازی سیستم های کوانتومی است که بسیار شبیه به خود سخت افزار آنیل کوانتومی است. و این توسط تیم D-Wave / Google انجام شد. این مسئله را می توان به عنوان آرایه ای از آهن ربا های کوانتومی توصیف کرد ، با جهت گیری هر آهن ربا بر همسایگان آن تأثیر می گذارد. این سیستم در کمترین حالت انرژی قرار دارد زمانی که تمام همسایگان آهنربا جهت مخالف داشته باشند. با این حال ، بسته به پیکربندی دقیق آرایه ، ممکن است این امکان پذیر نباشد.

حال ، تصور کنید که سیستم در یک پیکربندی اجرا می شود که آهن ربا در حالت پایدار نباشد – موارد زیادی وجود دارد که مغناطیس های همسایه از یک جهت برخوردار هستند. آهنرباها برای رسیدن به آنجا شروع به چرخش می کنند ، اما در این روند می توانند همسایگان خود را بچرخانند. همه چیز می تواند از طریق پیکربندی های مختلف میانی کار کند تا به ثبات برسد. با توجه به ماهیت کوانتومی اجزای دستگاه ، پیشرفت در حالت های مختلف ممکن است شامل برخی مراحل باشد که درک آن برای مغز غیر کوانتومی ما دشوار است.

کوانتوم مونت کارلو

این سیستم به چند دلیل جالب است: این یک روش مقرون به صرفه برای مطالعه رفتار پیچیده کوانتومی است ، و مشکلات جالب دیگری را می توان در رفتار آن ایجاد کرد. بنابراین محققان دریافته اند که چگونه می توان با استفاده از الگوریتم های رایانه به رفتار آن نگاه کرد. همان چیزی که تیم تحقیق می گوید بالاترین عملکرد را نشان می دهد ، همان چیزی است که Path-Integral Monte Carlo نامیده می شود. “Path-integral” به سادگی نشان می دهد که مسیرهای معتبری زیادی بین حالت اولیه و حالت کم انرژی وجود دارد و نرم افزار زیر مجموعه ای از آنها را در نظر می گیرد زیرا تعداد بسیار زیادی وجود دارد. “مونت کارلو” نشانه این است که مسیرهایی که ایجاد می کند به طور تصادفی انتخاب شده اند.

اما سیستم D-Wave شباهت زیادی به آرایه ای از آهن ربا های کوانتومی دارد ، بنابراین می توان آن را پیکربندی کرد تا رفتارهای زیادی مانند آنچه در حال مدل سازی است ، داشته باشد. این احتمال وجود دارد که با پیکربندی صحیح دستگاه D-Wave ، جمع آوری رفتار سیستم در حال مدل سازی بسیار مثر باشد.

این همان چیزی است که تیم برای روزنامه تلاش کرد ، اما متوجه شد که یک مشکل کوچک وجود دارد. با الگوریتم محاسباتی سنتی ، متوقف کردن سیستم و مشاهده چگونگی توسعه آن آسان است. با استفاده از سیستم D-Wave ، اوضاع آنقدر سریع پیش رفت که سرانجام قبل از گرفتن نمونه ها ، به حالت نهایی رسیدند. در عوض ، محققان مجبور شدند برای کاهش سرعت سخت افزار D-Wave ، پیکربندی کاملاً پیچیده ای ترتیب دهند تا ببینند چه اتفاقی می افتد.

اندازه گیری اثر بخشی که تیم از آن مراقبت می کند وضعیت نهایی نیست. درعوض ، سعی می کند بفهمد که یک پیکربندی آهنربا برای رسیدن به یک حالت تعادل پایدار چقدر سریع لازم است.

برای تولید این اندازه گیری ، محققان دریافتند كه سخت افزار D-Wave می تواند از پردازنده x86 كه آنها استفاده می كنند (Xeon فوق رشته ای 26 هسته ای) بهتر عمل كند. و این مزیت در حال افزایش است که تیم تحقیقاتی پیچیدگی تنظیم آهن ربا را افزایش داده و به 3 میلیون برابر سریعتر می رساند. و در حالی که کل سیستم D-Wave مانند یک جسم کوانتومی واحد رفتار نمی کرد ، فعل و انفعالات کوانتومی بزرگتر از کوچکترین گروه آهن ربا در سخت افزار D-Wave (گروههای متصل به چهار نفر) بود.

توضیحات

برای مبتدیان ، تفاوت عملکرد بین Xeon و تراشه است که به یک سیستم خنک کننده به اندازه کابینت با انرژی بسیار زیاد نیاز دارد. اگر الگوریتم کامپیوتر کلاسیک با پردازنده های اضافی مقیاس بندی شود ، قرار دادن آن در یک خوشه و استفاده از مزیت D-Wave برای سرعت نسبتاً آسان است. اما کریس لی ، خود ارس خاطرنشان کرد که حتی ساده ترین مشکلات ، Xeon (که 26 هسته دارد) قبلاً با افزایش پیچیدگی دست و پنجه نرم می کرد. این ممکن است نشانه این باشد که تنها دستاوردهای محدودی وجود دارد که می توان از پرتاب پردازنده های بیشتر به این مسئله انتظار داشت.

با این حال ، D-Wave نیز به نفع کامل خود نبود. اگرچه اخیراً نسل جدیدی از پردازنده ها را معرفی کرده است ، اما کار بر روی پردازنده آزمایشی انجام شده است که بخشی از توسعه نسل جدید بود. از نظر سخت افزاری ، همان تعداد و اتصالات بین دستگاه های کوانتومی – همان سخت افزار نسل قبلی را داشت. اما این محصول با یک فرآیند ساخت جدید ساخته شده است که نویز سیستم را کاهش می دهد و کاملاً در آخرین نسل تراشه ها استفاده می شود.

علاوه بر این ، نسل جدید دستگاه های کوانتومی موجود در تراشه را بیش از دو برابر افزایش می دهد و باعث افزایش اتصال بین آنها می شود. این پیشرفت ها باید به سیستم اجازه دهد تا شبکه های مغناطیسی بزرگتر و پیچیده تری را مدل سازی کند و مزیت D-Wave را افزایش دهد.

سرانجام ، تیم پشت کار تأکید می کند که ممکن است راه هایی برای بهینه سازی کار و الگوریتم کلاسیک وجود داشته باشد ، و می گوید: “مطالعه ما نمایش برتری نسبت به همه روش های کلاسیک ممکن نیست. راهی که همه اینها متزلزل است بدون شک کار اضافی به همراه خواهد داشت ، بنابراین ممکن است به روزرسانی نکنیم که کارآیی چندین ساله در کجا بوده است.

هنوز هم جالب است كه D-Wave دوباره به اجرا علاقه مند است. این شرکت اخیراً اعلام کرده است که نرم افزار مدیریتی خود را به گونه ای سازگار کرده است که بتوان نوع خاصی از عملیات (بهینه سازی باینری درجه دو نامحدود) را هم توسط دستگاه D-Wave استفاده کرد و هم به بسته نرم افزاری Qiskit ارسال کرد ، که به شما امکان می دهد از طریق IBM اجرا شود. رایانه های کوانتومی این برای مشتری مشتری شرکت منطقی است. درصد زیادی از شرکت ها فقط در تلاشند تا مطمئن شوند که برای هرگونه فناوری محاسباتی مخرب آماده هستند ، بنابراین تمام سخت افزارهای کوانتومی موجود در بازار را بررسی می کنند. اما در اعلامیه مطبوعاتی با اعلام داده ها ، این شرکت گفت که “در مقایسه با نتایج” را باز می کند.

ارتباطات طبیعت، 2021. DOI: 10.1038 / s41467-021-20901-5 (برای DOI).


منبع: khabar-tak.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*