Квантовые компьютеры готовят реванш

Представив новую стратегию развития процессоров, компания D-Wave рассчитывает, что ее квантовые компьютеры в ближайшие годы превзойдут по производительности традиционные машины.

«Сегодня мы видим, что наши продукты вполне сравнимы по производительности с самыми современными традиционными компьютерами, вобравшими в себя 70 лет инноваций и триллионы долларов инвестиций, – указал вице-президент D-Wave по разработке процессоров Джереми Хилтон. – А уже через несколько лет мы сумеем превзойти их».

D-Wave – пожалуй, единственная компания, продающая квантовые компьютеры, которые имеют принципиальные отличия от подходов, применяемых в сегодняшних серверах. На протяжении нескольких десятилетий в области квантовых вычислений проводились серьезные исследования, их результатом должно было стать создание устойчивой системы, и в 2011 году D-Wave наконец представила первый в мире квантовый компьютер. Ожидается, что со временем такие компьютеры вытеснят наиболее производительные традиционные машины.

В прошлом году D-Wave продемонстрировала квантовый компьютер второго поколения Two, стоимость которого, по свидетельству финансовой фирмы Sterne Agee, превышает 10 млн долл. По словам аналитиков, прейскурантная цена на компьютер составит около 15 млн долл.

Точную цену компания D-Wave пока не называет. Как информируют в пресс-службе D-Wave, стоимость компьютера будет зависеть от конкретного клиента и уровня его потребностей. В ноябре прошлого года компания выступила с предложением «сдавать квантовый компьютер в аренду».

В основе квантовых вычислений лежат законы квантовой механики, изучающей взаимодействие и поведение частиц вещества на атомном и субатомном уровне. Сердцем квантового компьютера являются квантовые биты (кубиты), которые взаимодействуют друг с другом. Конечная цель заключается в том, чтобы ускорить вычисления, сохраняя данные во многих состояниях, а не в виде традиционных нулей и единиц, применяемых в цифровых компьютерах. Однако на этом пути разработчикам предстоит преодолеть еще очень много трудностей, и одной из них является квантовый шум, при котором кубиты переходят в нежелательные состояния, а пользователи утрачивают контроль над выполнением программы.

Квантовые компьютеры D-Wave уже были развернуты в компаниях Google и Lockheed-Martin, а также в космическом агентстве НАСА. Однако пока неясно, приобретались ли они на коммерческой основе. Модель D-Wave Two построена на базе процессора, включающего в себя 512 кубитов. В лабораторных же испытаниях принимали участие процессоры, объединяющие тысячу кубитов. В 2015 году D-Wave обещает выпустить процессор, который объединит 2048 ядер.

«Повышая производительность машин, мы ориентируемся на лазерные технологии, – заявил Хилтон. – У нас есть представление о том, как должны работать эти технологии, и мы можем улучшать их, решая насущные мировые проблемы».

«Первые системы всегда стоят очень дорого, – отметил главный аналитик компании Insight 64 Натан Бруквуд. – Однако цена в 15 млн долл. за D-Wave Two кажется вполне оправданной, если сопоставить ее со стоимостью современных суперкомпьютеров. Интерес к квантовым компьютерам D-Wave, которые могут принести немалый выигрыш, а могут оказаться и пустой тратой денег, проявляют сегодня многие. Внедрение квантового компьютера представляет собой перевод теории в практическую плоскость, и первым покупателям предстоит преодолеть немало барьеров, для того чтобы получить от таких систем максимум возможного. Пользователям предстоит адаптироваться к принципиально иному подходу, и многим это может показаться пугающим. Следующим шагом должен стать поиск подходящих приложений и оптимизация кода, что тоже представляет собой весьма непростую задачу».

«Идти на такой риск имеет смысл лишь в предвкушении очень весомого выигрыша», – заметил Бруквуд, скептически оценивающий ближайшие перспективы квантовых компьютерных систем.

«Компания D-Wave намерена ежегодно удваивать базу установленных квантовых компьютеров, – подчеркнул финансовый аналитик Sterne Agee Алекс Куртц. – Влияние, которое компьютеры D-Wave Two могли бы оказать на конкретные вертикальные рынки или рыночные сегменты, в условиях всего трех развернутых систем остается неясным. И оценить перспективы их технологического жизненного цикла весьма затруднительно».

D-Wave пытается представить квантовые компьютеры как мощные сопроцессоры, идеально подходящие для проведения специальных расчетов в высокопроизводительных вычислительных средах. Разработчики намерены пробудить интерес к ним у сообщества финансовых услуг. Кроме того, соответствующие системы могли бы найти применение в модели программного обеспечения, предоставляемого в качестве сервиса (SaaS).

В последние месяцы квантовый компьютер D-Wave все чаще становится предметом жарких споров. В начале текущего года исследователи из IBM и Калифорнийского университета подняли вопрос об истинном отношении систем D-Wave к квантовой механике. В документе «Насколько квантовой является машина D-Wave?» предпринимаются попытки оценить производительность системы в реальных условиях. Корпорация IBM проводит собственные исследования в области построения квантовых компьютеров.

Вместе с тем Microsoft и Google поддержали D-Wave, заявив, что для оценки производительности квантовых компьютеров нужен новый набор тестов. В январе исследователи из Google утверждали, что процессор D-Wave Two позволяет им решать стоящие перед ними задачи гораздо быстрее, чем обычные проблемно-ориентированные инструменты.

Представители D-Wave указали, что работа созданных ими систем основана на законах квантовых вычислений. Операции с кубитами и множеством кубитов, выполняемые за счет создания магнитных полей и управления ими, создают полный набор возможных вариантов для решения тех или иных задач. По словам Хилтона, исследования IBM не слишком убедительны и описывают лишь отдельно взятые частные случаи.

«Процессор, объединяющий 512 кубитов, доказал свою способность выполнять классические современные алгоритмы, хотя мы и видим, что при такой методике тестирования квантовое ускорение не сулит особых преимуществ», – отметил Хилтон.

В последние месяцы компания D-Wave поддерживает взаимодействие с большим количеством исследователей, а ее квантовые компьютеры стали предметом новых научных изысканий. В феврале компания присоединилась к инициативе Центра исследований производительности многоядерных технологий Национального научного фонда США. В университете Мэриленда будут изучаться квантовые вычисления.

Конечной же целью D-Wave остается адаптация квантовых вычислений и компьютеров к потребностям реальных пользователей.

«Наших клиентов интересуют реальные задачи, для решения которых классические компьютеры не очень подходят, – пояснил Хилтон. – И зачастую задачи эти гораздо сложнее тех, к которым сегодня принято обращаться в эталонных тестах».