دانشمندان شرکت محاسبات کوانتومی D-Wave نشان داده اند که با استفاده از روشی به نام بازپخت کوانتوم (quantum annealing)، می توانند برخی از مواد را تا سه میلیون برابر سریعتر از روش های کلاسیک مربوطه شبیه سازی کنند.
Quantum Annealing
دانشمندان به همراه محققان گوگل تصمیم گرفتند تا سرعت شبیه سازی را در یکی از پردازنده های بازپخت کوانتومی D-Wave اندازه گیری کنند و دریافتند که عملکرد هم با اندازه شبیه سازی و هم با میزان سختی مساله افزایش می یابد و به یک میلیون برابر سرعت یک پردازنده کلاسیک می رسد.
محاسبه ای که تیم های D-Wave و Google با آن دست و پنجه نرم کردند یک مشکل در دنیای واقعی است. در حقیقت، این مسئله قبلاً توسط برندگان جایزه نوبل فیزیک 2016، وادیم برزینسکی، جی مایکل کوسترلیتز و دیوید توئولس، به نام رفتار به اصطلاح “مغناطیس عجیب” که در سیستم های مغناطیسی کوانتومی رخ می دهد، مطالعه و حل شده است.
اثبات برتری کوانتومی روشن است وقتی که یک رایانه کوانتومی، محاسبه ای را انجام می دهد که حل آن با ابزارهای کلاسیک غیرممکن است، آخرین تحقیقات D-Wave نشان می دهد که پردازنده های annealing کوانتومی این شرکت می تواند به یک مزیت عملکرد محاسباتی واضح منجر شود.
اندرو کینگ، مدیر تحقیقات عملکرد در D-Wave، گفت: “این کار روشن ترین مدرکی است که نشان می دهد اثرات کوانتومی یک مزیت محاسباتی در پردازنده های D-Wave دارند.”
پردازنده های D-Wave مبتنی بر فناوری annealing کوانتوم هستند که یک روش محاسبات کوانتومی برای یافتن راه حل بهینه شده برای مشکلات است. در حالی که برخی معتقدند دامنه مشکلاتی که با استفاده از این فناوری قابل حل است محدود است، کنترل و کار با پردازنده های آنیل کوانتومی آسانتر از معادل های gate-based آنها است. به همین دلیل است که فناوری D-Wave قبلاً به تعداد بیشتری کیوبیت رسیده است و در دستگاه های ساخته شده توسط بازیکنان بزرگی مانند IBM یا Google یافت می شود.
برای شبیه سازی مغناطیس، کینگ و تیمش از سیستم D-Wave 2،000 qubit که اخیراً جهت کاهش نویز اصلاح شده بود، برای مدل سازی یک سیستم مغناطیسی کوانتومی قابل برنامه ریزی استفاده کردند. دقیقاً مانند Berezinskii ، Kosterlitz و Thouless در دهه 1970 برای مشاهده موارد غیر معمول حالات ماده. محققان همچنین یک الگوریتم استاندارد کلاسیک برای این نوع شبیه سازی، به نام “مسیر انتگرال مونت کارلو” (PIMC)، برای مقایسه نتایج کوانتومی با محاسبات اجرا شده توسط CPU کلاسیک، برنامه ریزی کردند. همانطور که اعداد نشان می دهد، شبیه سازی کوانتومی با یک حاشیه مناسب از روش های کلاسیک بهتر عمل می کند.
تیم D-Wave اظهار نموده به همان اندازه که عملکرد مهم است، این واقعیت هم مهم است که از پردازنده های annealing کوانتوم به جای اثبات مفهوم یا یک مسئله مهندسی و مصنوعی با اهمیت واقعی در دنیای واقعی، برای اجرای یک کاربرد عملی استفاده شده است. تاکنون روشهای کوانتومی برای اثبات اینکه این فناوری «پتانسیل» حل مشکلات عملی را دارد، بیشتر استفاده شده و هنوز نمیتواند در دنیای واقعی راه حل واقعی ایجاد کند.
اما آخرین آزمایش D-Wave مسئله قابل توجهی را حل کرد که این یافته ها مورد توجه دانشمندان جهان قرار گرفته است.
گابریل اپلی، استاد فیزیک در ETH زوریخ و EPF لوزان، گفت: “جستجوی مزیت کوانتومی در محاسبات به طور فزاینده ای افزایش می یابد. زیرا در این راهکارها پیشرفت های واقعی برای حل مشکلات خاصی وجود دارد. این مشکلات ممکن است حتی برای فیزیکدانان نیز تا حدودی پیچیده باشد.”
“اما در این مقاله از همکاری بین D-Wave Systems، گوگل و دانشگاه سایمون فریزر، به نظر می رسد که مزایای آنیل کوانتومی با استفاده از یک پردازنده خاص نسبت به شبیه سازی های کلاسیک وجود دارد. این موضوع به منظور یافتن یک راهکار عملی تر است.
با این وجود، D-Wave از ادعای مزیت کوانتومی، که وقتی یک پردازنده کوانتومی می تواند برتری را نسبت به همه رقابت های کلاسیک ممکن نشان دهد، دور ماند. کینگ تأکید می کند که هنوز می توان الگوریتم های کاملاً تخصصی را برای شبیه سازی مدل پس از مشخص شدن خصوصیات مدل طراحی کرد.
اهمیت واقعی این آزمایش در اثبات این مسئله است که می توان با استفاده از روش های کوانتومی موجود برای حل یک مسئله در علم مواد، یک مزیت محاسباتی را بدست آورد.
این آزمایشات پیشرفت مهمی در این زمینه است. و بهترین کارایی را در مورد عملکرد داخلی رایانه های D-Wave فراهم می کند و یک برتری مقیاس پذیر نسبت به پردازنده های رقیب اصلی آن نشان می دهد.
اگرچه به دلیل پایین آمدن میزان نویز این فناوری، از سیستم 2000 کیوبیتی D-Wave برای تحقیق استفاده شد، این شرکت به تازگی پردازنده کوانتومی 5000 کوبیتی را معرفی کرده است که هم اکنون برای ساخت برنامه های کوانتومی برای برنامه نویسان در دسترس است.
از بهبود تدارکات زنجیره های تأمین خرده فروشی تا شبیه سازی پروتئین های جدید برای داروهای درمانی، یا از طریق بهینه سازی مسیرهای وسایل نقلیه در خیابان های شلوغ شهر، D-Wave در حال حاضر 250 برنامه اولیه annealing کوانتومی را برای مشتریان مختلف در نظر گرفته است.
[/av_textblock] [av_one_full first min_height=” vertical_alignment=” space=” custom_margin=” margin=’0px’ row_boxshadow=” row_boxshadow_color=” row_boxshadow_width=’10’ link=” linktarget=” link_hover=” padding=’0px’ highlight=” highlight_size=” border=” border_color=” radius=’0px’ column_boxshadow=” column_boxshadow_color=” column_boxshadow_width=’10’ background=’bg_color’ background_color=” background_gradient_color1=” background_gradient_color2=” background_gradient_direction=’vertical’ src=” background_position=’top left’ background_repeat=’no-repeat’ animation=” mobile_breaking=” mobile_display=” av_uid=’av-kw5bhw’] [av_hr class=’custom’ height=’50’ shadow=’no-shadow’ position=’center’ custom_border=’av-border-thin’ custom_width=’50px’ custom_border_color=” custom_margin_top=’30px’ custom_margin_bottom=’30px’ icon_select=’yes’ custom_icon_color=’#7bb0e7′ icon=’ue857′ font=’entypo-fontello’ av_uid=’av-kk8jxbw4′ custom_class=” admin_preview_bg=”] [av_icon_box position=’top’ icon_style=” boxed=” icon=’ue81f’ font=’entypo-fontello’ title=” link=” linktarget=” linkelement=” font_color=” custom_title=” custom_content=” color=” custom_bg=” custom_font=” custom_border=” av-medium-font-size-title=” av-small-font-size-title=” av-mini-font-size-title=” av-medium-font-size=” av-small-font-size=” av-mini-font-size=” av_uid=’av-kk8jy12r’ custom_class=” admin_preview_bg=”]