В отличие от IBM или Google, которые разрабатывают квантовые компьютеры общего назначения, D-Wave сосредоточила усилия на вычислительных машинах, пригодных для выполнения определенных, узких задач. Для этого она использует технологию квантового отжига: наборы кубитов, которые после настройки и инициализации должны найти путь к основному энергетическому состоянию, соответствующему решению проблемы. Этот подход лучше всего подходит для поиска оптимальных решений сложных задач планирования.
В новой, опубликованной на днях статье специалисты D-Wave описывают метод использования оборудования для расчетов эволюции во времени так называемой модели Изинга. Упрощенная версия этой модели представляет собой двумерную сетку объектов, каждый из которых может находиться в двух возможных состояниях. Состояние, в котором пребывает любой из этих объектов, зависит от состояния его соседей. Таким образом, модель Изинга легко перевести в нестабильное состояние, после чего значения объектов в ней будут меняться до тех пор, пока она не достигнет низкоэнергетического, стабильного состояния. Однако, поскольку это также квантовая система, на биты иногда будут действовать помехи, поэтому система будет продолжать развиваться с течением времени. А если соединить объекты в более сложную форму, чем сетка, появляется возможность реализовать более сложное поведение.
Оборудование D-Wave — комплекс связанных между собой квантовых устройств, которые могут переключаться между двумя значениями — отлично подходит для реализации моделей Изинга.
Еще в 2023 году компания продемонстрировала, что выходные данные при выполнении эволюции модели Изинга лучше всего описываются с помощью уравнения Шредингера — основного способа описания поведения квантовых систем. Теперь же команда специалистов D-Wave и физиков других стран смогла это доказать экспериментально.
В эксперименте участвовала уменьшенная версия квантовой машины Advantage 2 с улучшенной связностью кубитов и увеличенным временем когерентности по сравнению с текущей моделью Advantage. Ей оппонировали три классических метода: две тензорных сети (MPS и PEPS) и нейросеть, обученная предсказывать результат уравнения Шредингера для различных систем.
Эти методы были впервые протестированы на простой сетке 8×8 объектов, свернутой в цилиндр, что увеличивает связность за счет устранения двух ребер. Для нее классические методы и квантовое оборудование дали фактически идентичные ответы. Однако нейросеть начала быстро терять точность, как только системе позволили развиваться в течение более длительного времени. А PEPS потерпела фиаско в работе с более крупными системами. Осталась только сеть MPS, но и ей пришлось бы искать решение слишком долго.
«Для решения самых масштабных задач MPS потребовались бы миллионы лет на суперкомпьютере Frontier», — сообщили разработчики. Потребовалось бы 700 ПБ свободного места для хранения данных, а расход электроэнергии превысил бы мировое потребление за год. Тогда как на оборудовании D-Wave расчеты заняли всего несколько минут.
Достижение D-Wave может, как это часто бывает, запустить очередную волну оптимизации классических алгоритмов. Хотя, как пишет Ars Technica, представители компании сомневаются, что это принесет плоды: по их словам, на подходе новый чип Advantage 2 с 4000 кубитами, и его уже проверяют на более крупных моделях Изинга.
