211service.com
Superdatoru simulācija piedāvā ieskatīties kvantu datoru nākotnē
Piemērs tāda veida uzdevumam, ko var simulēt 45 kubitu datorā
Datorzinātniekiem ir nosaukums vietai, kurā kvantu datori kļūst jaudīgāki nekā parastie datori. Viņi to sauc par kvantu pārākumu, un, pēc visa spriežot, šis laiks strauji tuvojas.
Pašreizējā domāšana ir tāda, ka kvantu dators, kas spēj apstrādāt 49 kubitus, atbilst planētas jaudīgākā superdatora iespējām. Un jebkas, kas ir lielāks par to, būs ārpus parastu skaitļošanas iekārtu klāsta.
Tas vēl nav gluži iespējams. Bet tas rada svarīgus jautājumus par to, kā mēs varam zināt, vai šie kvantu datori darbosies, kā paredzēts. Lai to noskaidrotu, datorzinātnieki ir sākuši izmantot jaudīgus klasiskos datorus, lai modelētu kvantu datoru uzvedību.
Ideja ir pēc iespējas precīzāk kalibrēt un salīdzināt viņu uzvedību, kamēr mēs vēl varam. Pēc tam mums būs vienkārši jāuzticas kvantu pasaulei.
Protams, neviens vēl nav simulējis 49 kubitu kvantu datoru. Taču šodien Tomass Haners un Damians Steigers no ETH Cīrihes Šveicē paziņo par līdz šim vērienīgāko mēģinājumu.
Šie puiši ir izmantojuši piekto jaudīgāko superdatoru pasaulē, lai simulētu 45 kubitu kvantu datora uzvedību. Cik mums zināms, tas ir jauns rekords maksimālajā simulēto kubitu skaitā, saka Haners un Steigers. Un tie parāda, cik jaudīgākām simulācijām vajadzētu būt iespējamām.
Šīs simulācijas ir sarežģītas kvantu datoru veikto aprēķinu milzīgā apjoma dēļ. Šis lielais spēks rodas no superpozīcijas kvantu fenomena, kas ļauj kvantu daļiņām, piemēram, fotoniem, eksistēt vairāk nekā vienā stāvoklī vienlaikus.
Piemēram, horizontāli polarizēts fotons var attēlot a 0 un vertikāli polarizēts fotons var attēlot a viens . Bet, ja fotons vienlaikus eksistē gan kā horizontālās, gan vertikālās polarizācijas superpozīcija, tas var attēlot gan 0 un viens aprēķinā.
Tādā veidā divi fotoni var attēlot četrus skaitļus, trīs fotoni var attēlot astoņus skaitļus utt. Šeit kvantu datori iegūst savus skaitļošanas zirgspēkus, un tāpēc klasiskie datori nobāl salīdzinājumā.
Piemēram, tikai 50 fotoni var attēlot 10 000 000 000 000 000 skaitļus. Klasiskajam datoram būtu nepieciešama petabaitu mēroga atmiņa, lai saglabātu tik daudz.
Šo skaitļu apstrāde klasiskajā datorā ir vēl lielāks uzdevums. Tas ir tāpēc, ka lielākā daļa superdatoru sastāv no daudzām apstrādes vienībām, kas savienotas milzīgā skaitļošanas tīklā. Rezultātā datu plūsmas pārvaldīšana uz šiem mezgliem un no tiem rada ievērojamas komunikācijas izmaksas.
Šis izaicinājums ir ierobežojis simulāciju lielumu, kas ir krietni zem kvantu pārākuma robežas. Pašreizējais pasaules rekords ir 42 kubitu simulācija, darbs, kas tika veikts ar Julich superdatoru 2010. gadā. Kopš tā laika ir panākts neliels progress, jo ir problēmas ar skaitļošanas pieskaitāmajām izmaksām.
Tagad tas ir mainījies, pateicoties Hanera un Steigera darbam. Viņu izrāviens ir atrast veidus, kā samazināt pieskaitāmās izmaksas, lai simulācija varētu darboties vairāk nekā par vienu pakāpi ātrāk nekā iepriekš.
Pētnieki ir izmantojuši šos uzlabojumus simulāciju komplektam Cori II superdatorā Lorensa Bērklija Nacionālajā laboratorijā Kalifornijā. Šī ierīce sastāv no 9304 mezgliem, no kuriem katrs satur 68 kodolu Intel Xeon Phi 7250 procesoru, kas darbojas ar 1,4 gigahercu frekvenci. Tas nodrošina maksimālo veiktspēju 29,1 petaflops ar vienu petabaitu atmiņu.
Cori II, kas nosaukts Gerty Cori, pirmās sievietes, kas ieguvusi Nobela prēmiju medicīnā, vārdā ir piektais jaudīgākais superdators uz planētas. Tātad tai netrūkst skaitļošanas zirgspēku.
Haners un Steigers izmantoja šo ierīci, lai modelētu veidu, kā kvantu dators veiktu aprēķinus, izmantojot 30, 36, 42 un 45 kubitus. Vislielākajai simulācijai viņi izmantoja 0,5 petabaitus atmiņas un 8192 mezglus, sasniedzot 0,428 petaflopu veiktspēju.
Tas ir ievērojami mazāk, nekā mašīna spēj, pat ar komandas izstrādātajiem ātrumiem. Komanda šo veiktspējas zudumu attiecināja uz komunikācijas izmaksām, kas joprojām aizņem 75 procentus no skaitļošanas laika.
Haners un Steigers salīdzināja rezultātus ar 30 un 36 kubitu datoru simulācijām, kas darbojas ar mazāk jaudīgu superdatoru Edison, arī Lawrence Berkeley Lab. Viņi atklāja, ka viņu pieeja arī paātrināja šos aprēķinus. Tas norāda, ka iegūtie paātrinājumi nebija tikai jaunas paaudzes [Cori II] aparatūras sekas, saka Haners un Steigers.
Viņi saka, ka šis uzlabojums liecina, ka tuvākajā nākotnē vajadzētu būt iespējamai 49 kubitu datora simulācijai.
Tas ir interesants darbs, kas paver ceļu nākotnes kvantu datoriem. Šī darba datiem būs svarīga loma, lai nodrošinātu, ka fiziķi uzticas kvantu aprēķiniem, kad beidzot tiks sasniegts kvantu pārākums. Un šī diena noteikti nav pārāk tālu nākotnē.
Atsauce: arxiv.org/abs/1704.01127 : 45 kubitu kvantu shēmas 0,5 petabaitu simulācija