Máy tính Lượng Tử : Các qubit liên kết kỳ lạ mang lại cho D-Wave một bước nhảy lớn về hiệu suất

Tuần trước, D-Wave đã công bố một phiên bản mới của nó là máy tính ủ lượng tử. Máy mới bao gồm một số cải tiến kỹ thuật, cũng như thay đổi đáng kể đối với sự sắp xếp vật lý của bảng. Tất cả điều này có nghĩa là gì? Kết hợp với các tài nguyên trực tuyến của D-Wave, một công cụ hỗ trợ hữu ích đang bắt đầu hình thành.

Làm cho một máy tính trơn tru hơn.
Trước khi chúng ta đến trung tâm Gooey Socola, chúng ta phải đối phó với lớp vỏ bên ngoài thô ráp: một annealer lượng tử là gì? Hầu hết các máy tính hoạt động theo cách đơn giản: để cộng hai số lại với nhau, bạn xây dựng một bộ cổng logic sẽ thực hiện phép cộng. Mỗi cổng này thực hiện một tập hợp các hoạt động cụ thể và được xác định rõ ràng trên đầu vào của nó.

Nhưng đó không phải là cách duy nhất để thực hiện tính toán. Hầu hết các vấn đề có thể được viết lại để chúng đại diện cho một vấn đề giảm thiểu năng lượng. Trong bức tranh này, vấn đề là một cảnh quan năng lượng và giải pháp là năng lượng thấp nhất có thể có của cảnh quan đó. Bí quyết là tìm ra sự kết hợp của các giá trị bit đại diện cho năng lượng đó.

Để làm điều này, chúng ta bắt đầu với một cảnh quan năng lượng phẳng: chúng ta có thể bắt đầu tất cả các bit ở mức năng lượng thấp nhất của cảnh quan phẳng này. Sau đó, chúng tôi cẩn thận và từ từ sửa đổi cảnh quan xung quanh các bit cho đến khi nó đại diện cho vấn đề của chúng tôi. Nếu chúng ta đã làm điều đó một cách chính xác, các bit vẫn ở trạng thái năng lượng thấp nhất. Chúng tôi có được một giải pháp bằng cách đọc các giá trị bit.

Mặc dù điều này hoạt động mà không có bất cứ điều gì lượng tử liên quan, D-Wave thực hiện điều này với các bit lượng tử (qubit). Điều đó có nghĩa là các qubit tương quan với nhau, điều này được gọi là sự vướng víu lượng tử. Kết quả là, họ thay đổi giá trị với nhau, thay vì độc lập.

Truyền đa giao thức

Điều này cho phép một cái gì đó gọi là đường hầm lượng tử. Hãy tưởng tượng một qubit bị mắc kẹt trong trạng thái năng lượng cao. Gần đó, có một trạng thái năng lượng thấp hơn mà qubit muốn ở. Nhưng để đến trạng thái năng lượng thấp đó, trước tiên nó phải chuyển sang trạng thái năng lượng cao hơn. Trong một hệ thống cổ điển, điều này tạo ra một rào cản để đạt đến trạng thái năng lượng thấp hơn. Nhưng trong một hệ thống lượng tử, qubit có thể chui qua hàng rào năng lượng để đi vào trạng thái năng lượng thấp hơn.

Hai thuộc tính này có thể cho phép một máy tính giống như máy tính mà D-Wave vận hành để có được giải pháp cho một số vấn đề nhanh hơn so với đối tác cổ điển của nó.

Tuy nhiên, là trong các chi tiết. Trong máy tính, một cảnh quan năng lượng được tạo ra bởi sự ghép nối (kết nối vật lý) giữa các qubit. Khớp nối kiểm soát giá trị của một qubit ảnh hưởng mạnh đến giá trị của phần còn lại như thế nào.

Đây luôn là điểm gắn bó chính của máy D-Wave. Trong hoàn cảnh lý tưởng, mọi qubit sẽ có các khớp nối liên kết nó trực tiếp với mọi qubit khác. Tuy nhiên, nhiều kết nối là không thực tế.

Một qubit tất cả một mình

Hậu quả của việc thiếu kết nối là nghiêm trọng. Một số vấn đề đơn giản là không thể được đại diện bởi các máy D-Wave. Ngay cả trong trường hợp họ có thể, tính toán có thể không hiệu quả. Hãy tưởng tượng rằng một vấn đề yêu cầu qubit một và ba được kết nối, nhưng chúng không được kết nối trực tiếp. Trong trường hợp đó, bạn phải tìm kiếm các qubit phổ biến cho cả hai. Nói qubit 1 được liên kết với qubit 5, trong khi qubit 2 được liên kết với qubit 5 và 3. Qubit logic 1 sau đó là 1 và 5 kết hợp. Qubit logic 3 là qubit 2 và 3 liên kết với nhau. D-Wave gọi điều này là độ dài chuỗi, trong trường hợp này là hai.

Chuỗi chi phí các qubit vật lý, được kết hợp để tạo ra các qubit hợp lý, làm cho ít tính khả dụng hơn cho việc tính toán.

Con đường phát triển của D-Wave là một trong những kỹ thuật sắp xếp các qubit phức tạp hơn bao giờ hết để tăng kết nối. Bằng cách tăng kết nối, độ dài chuỗi trở nên ngắn hơn, để lại số lượng qubit logic lớn hơn. Khi các qubit được gắn với nhau để tạo ra nhiều kết nối hơn, một số lượng lớn hơn các vấn đề có thể được mã hóa.

Hiệu quả của việc cấu trúc một số vấn đề sẽ rất, rất thấp, có nghĩa là kiến trúc D-Wave đơn giản là không phù hợp với những vấn đề đó. Nhưng khi kết nối tăng lên, số lượng các vấn đề không phù hợp sẽ giảm xuống.

Trong lần lặp trước của máy này, các qubit được cấu trúc theo khối tám, do đó khả năng kết nối giữa các khối chéo được cải thiện so với hai phiên bản trước. Điều này giới thiệu một cải tiến nhỏ về chiều dài chuỗi.

Sau đó, trên tất cả, có một mạng lưới kết nối tầm xa mới giữa các khối khác nhau. Mỗi qubit có một kết nối tầm xa đến một qubit khác trong một khối ở xa. Mật độ của kết nối tầm xa được tăng lên bởi khối xây dựng cơ bản thứ hai: các cặp được kết nối. Các cặp được đặt xung quanh bên ngoài của mẫu khối chính để hoàn thành kết nối tầm xa.

Ý tưởng, tôi nghĩ, là để đảm bảo rằng tám nhóm qubit gần các cạnh của chip vẫn có kết nối gần giống như các nhóm bên trong, không giống như trong các biểu đồ chimera.

Làm cho chuỗi ngắn hơn

Tất cả điều này có nghĩa là gì? Trước hết, sự giống nhau giữa đồ thị chimera và pegasus có nghĩa là mã được phát triển cho chimera vẫn hoạt động trên pegasus. Khả năng kết nối tăng lên có nghĩa là độ dài chuỗi được giảm đáng kể, làm cho các tính toán trở nên đáng tin cậy hơn.

Để cho bạn biết mức độ của biểu đồ mới cải thiện tình hình, một mạng vuông có các đường chéo liên kết đòi hỏi một chiều dài chuỗi trong sáu biểu đồ chimera và chiều dài chuỗi trong hai quá trình thực hiện pegasus. Nói chung, độ dài chuỗi được giảm theo hệ số hai hoặc nhiều hơn. Thời gian chạy giảm 30 đến 75 phần trăm trên máy mới.

Ngoài biểu đồ mới, D-Wave đã được cải thiện ở cấp độ kỹ thuật: các qubit có độ ồn thấp hơn và có số lượng qubit lớn hơn nhiều. Kế hoạch là kiến trúc mới cuối cùng sẽ có được D-Wave tới 5.000 qubit (tăng từ 2.000). Sử dụng kiến trúc chimera, đây sẽ là một bản nâng cấp đẹp. Thêm các thay đổi trong kiến trúc có nghĩa là nhiều qubit vật lý hơn có thể được sử dụng làm qubit logic độc lập, làm cho điều này trở thành một nâng cấp quan trọng hơn nhiều.

Trả lời

Your email address will not be published. Required fields are marked (required)