Kvantu aprēķins

Datori ir iefiltrējušies gandrīz visās uzņēmējdarbības un zinātnes jomās, un tie kļūst arvien ātrāki. Tomēr pētnieki regulāri sastopas ar problēmām, kuras nav iespējams atrisināt pat visspēcīgākajiem superdatoriem. Līdzeklis varētu būt kvantu datori, kas izmantotu fantastiskās kvantu mehānikas īpašības, lai šādas problēmas atrisinātu sekundēs, nevis gadsimtos. Kopš 1980. gadiem fiziķi akadēmiskajās laboratorijās un tādās firmās kā IBM, Hewlett-Packard un NEC ir izmantojuši dažādas kvantu skaitļošanas pieejas, taču šķiet, ka neviena no tām nevarēs nodrošināt darba mašīnu mazāk nekā 10 gados.

Uzņēmums: D-viļņu sistēmas

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2005. gada jūlija numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Galvenā mītne: Vankūvera, Britu Kolumbija

Ieguldītā summa: 22 miljoni Kanādas dolāru (apmēram 17,5 miljoni ASV dolāru)

Galvenais investors: Draper Fišers Jurvetsons

Galvenie dibinātāji: Džordijs Rouzs, Aleksandrs Zagoskins, Bobs Vīns, Heigs Fariss

Tehnoloģija: Kvantu datori

Tomēr Vankūveras starta uzņēmums D-Wave Systems vēlas izveidot kvantu datoru trīs gadu laikā. Tas nebūs pilnībā funkcionāls kvantu dators, kāds jau sen tika iecerēts; bet D-Wave ir ceļā, lai radītu īpašam nolūkam paredzētu, trokšņainu kvantu aparatūru, kas varētu atrisināt daudzas fiziskās simulācijas problēmas, kas traucē mūsdienu datoriem, saka Deivids Meiers, matemātiķis, kurš strādā pie kvantu algoritmiem Kalifornijas Universitātē. Sandjego.

Atšķirība starp D-Wave sistēmu un citiem kvantu datoru dizainiem ir kvantu mehānikas īpašās īpašības, kuras tie izmanto. Citas sistēmas balstās uz īpašību, ko sauc par sapīšanos, kas saka, ka jebkuras divas daļiņas, kas ir mijiedarbojušās pagātnē, pat ja tagad ir telpiski atdalītas, joprojām var ietekmēt viena otras stāvokli. Taču šo savstarpējo atkarību viegli izjauc daļiņu mijiedarbība ar vidi. Turpretim D-Wave dizains izmanto daudz spēcīgāko kvantu fizikas īpašību, kas pazīstama kā kvantu tunelēšana, kas ļauj daļiņām maģiski pārlēkt no vienas vietas uz otru.

Iekļauts 1999. gada aprīlī, D-Wave radās kā sarunu sērija starp Britu Kolumbijas Universitātes studentiem un pasniedzējiem. Gadu gaitā tas ir uzkrājis intelektuālo īpašumu un sašaurinājis savu uzmanību, vienlaikus piesaistot finansējumu gandrīz 18 miljonu ASV dolāru apmērā, sākotnēji no eņģeļu investoriem un nesen no Kanādas un Vācijas valdībām, kā arī no riska kapitāla uzņēmumiem. Uzņēmums plāno līdz 2006. gada beigām pabeigt ierīces prototipu; versija, kas spēj atrisināt komerciālas problēmas, varētu būt gatava līdz 2008. gadam, saka prezidents un izpilddirektors Džordijs Rouzs.

D-Wave grafika agresivitāte ir iespējama, pateicoties ierīces dizaina vienkāršībai: analogā mikroshēma, kas izgatavota no zemas temperatūras supravadītājiem. Mikroshēma ir jāatdzesē līdz -269 °C ar šķidru hēliju, taču tai nav nepieciešami smalki, mūsdienīgi lāzeri, vakuumsūkņi un citas eksotiskas iekārtas, kas nepieciešamas citiem kvantu datoriem.

Dizains ir piemērots arī litogrāfijas metodēm, ko izmanto standarta datoru mikroshēmu izgatavošanai, vēl vairāk vienkāršojot izgatavošanu. D-Wave veido virkni zemas temperatūras supravadītāju, piemēram, alumīnija un niobija, cilpu mikroshēmā. Kad caur tiem plūst elektrība, cilpas darbojas kā mazi magnēti. Divi ledusskapja magnēti dabiski apgriezīsies tā, lai tie saliptu kopā, samazinot enerģiju starp tiem. Cilpas D-Wave mikroshēmā darbojas līdzīgi, mainot strāvas plūsmas virzienu no pulksteņrādītāja virziena uz pretēji pulksteņrādītāja virzienam, lai samazinātu magnētisko plūsmu starp tām. Atkarībā no problēmas, kas tai paredzēta, mikroshēma ir ieprogrammēta tā, lai strāva plūst cauri katrai cilpai noteiktā virzienā. Pēc tam cilpas spontāni apgriežas, līdz tās sasniedz stabilu enerģijas stāvokli, kas ir problēmas risinājums.

D-Wave pirmais dators nespēs sasniegt visplašāk reklamēto kvantu skaitļošanas atdevi: mūsdienu kriptogrāfijas sistēmu centrā esošos ārkārtīgi lielos skaitļus ierēķinot eksponenciāli ātrāk nekā jebkurš zināms dators. Tomēr tas būs ideāli piemērots tādu problēmu risināšanai kā bēdīgi slavenā ceļojošā pārdevēja problēma, kurā pārdevējs meklē optimālo maršrutu starp pilsētām. Pieaugot to sarežģītībai, šādas problēmas ātri kļūst neatrisināmas tradicionālajiem datoriem, jo ​​tām ir jāizpēta visas iespējamās atbildes. Meklējot savu optimālo enerģijas stāvokli, D-Wave mikroshēma veic tieši šāda veida aprēķinus automātiski, dažu sekunžu laikā. Lietojumprogrammas, kuru vērtība ir miljardiem dolāru, ietver tādu dažādu vienumu kā kravas automašīnu maršrutu, finanšu portfeļu un pat tradicionālo datoru mikroshēmu izkārtojumu optimizēšanu. D-Wave līdzstrādnieks Olivers Dauns saka, ka D-Wave mikroshēmai vajadzētu būt izcilai arī citu kvantu sistēmu modelēšanā, piemēram, molekulāro mijiedarbību, kas raksturo nanomateriālus vai zāles.

Lai gan D-Wave sistēmas ir izturīgākas nekā parastie kvantu datori, tās joprojām būs delikātas. Tāpēc uzņēmums plāno pārdot risinājumus, nevis datorus, saka Rose. Klients darbos programmu, lai atrisinātu noteiktu problēmu savos datoros. Kad programma saskaras ar neatrisināmo problēmas daļu, tā attālināti izsauks D-Wave datoru, lai palaistu apakšprogrammu. Daudzām specializētām lietojumprogrammām šāda īpaša aparatūra var būt pārāka par pat visgudrāko programmatūru, kas darbojas vispārējas nozīmes datorā, saka UCSD Meyer.

Un, lai gan daudzas pieejas kvantu skaitļošanai ir nonākušas sienā, saskaroties ar lāzeru un citu iekārtu ierobežojumiem, Dauns uzskata, ka D-Wave agrīnie eksperimentālie rezultāti liecina, ka tā mikroshēma ir pareizajā grafikā. Lai gan Meijers saka, ka nevar novērtēt, vai uzņēmums ievēros paša noteiktos termiņus, viņš uzskata, ka tam izdosies uzbūvēt iekārtu, kas spēj atrisināt tieši tādas problēmas, kādas tas ir iecerējis. Viņš saka, ka viņi ir nodarbinājuši gan ļoti labus eksperimentētājus, gan dažus diezgan nopietnus teorijas cilvēkus. Tas noteikti ir veids, kā risināt šāda veida problēmas, lai tā notiktu neakadēmiskā laika posmā.

Uzņēmums:
D-viļņu sistēmas

Galvenā mītne:
Vankūvera, Britu Kolumbija

Ieguldītā summa:
22 miljoni Kanādas dolāru (apmēram 17,5 miljoni ASV dolāru)

Galvenais investors:
Draper Fišers Jurvetsons

Galvenie dibinātāji:
Džordijs Rouzs, Aleksandrs Zagoskins, Bobs Vīns, Heigs Fariss

Tehnoloģija:
Kvantu datori

paslēpties