Foto: kentoh / Dollar Photo Club

Pronájem kvantového počítače IBM – podrobný pohled

Před třemi týdny se značné pozornosti dostalo oznámení, že IBM zpřístupňuje zájemcům svůj kvantový počítač – umožní spuštění algoritmů přes webové rozhraní. O jaké úlohy je zájem? Jedná se o obecný, nebo jednoúčelový kvantový systém?

Viz také: IBM poprvé v historii zpřístupňuje kvantové výpočty

Na naše otázky v této souvislosti odpovídal Jakub Krchák (absolvent Computer Science na MFF UK, manager v IBM Prague R&D Lab)

Jak je konkrétně realizován kvantový počítač, který IBM tímto způsobem zpřístupňuje veřejnosti?

5qubitový procesor je součástí nové platformy IBM Quantum Experience. Díky ní má k procesoru přístup pomocí cloudové platformy IBM Bluemix i široká veřejnost. Bluemix rovněž poskytuje software, služby, API a vývojové nástroje. Nově navíc nabízí možnost běžet algoritmy a experimenty pracující s kvantovými bity, umožňuje prozkoumat připravený tutoriál a nabízí simulaci schopností kvantových počítačů.

Co se týče konkrétní realizace, podrobnější informace byly publikovány o 4 qubitové verzi. Extrémně důležitá je schopnost vyrovnat se s možnými chybami přítomnými v kvantových výpočtech. (Jiné implementace často provádějí experiment mnohokrát a výsledek určují statisticky.)
Hlavním krokem na cestě za univerzálním kvantovým počítačem je právě vyrovnat se s možnými chybami.

Architekturu počítače podrobněji popisuje článek v Nature

V současné době se podařilo dále pokročit a rozšířit maticovou architekturu na 5 qubitů. IBM dokázala udělat další krok na této složité cestě.

V jaké podobě se zadávají úlohy (jako „obecný“ program, nebo bych měl zadat i nějaký konkrétní kvantový algoritmus – tj. jaká míra odborných znalostí se očekává od zájemce?)

Úlohy se zadávají pomoci velmi jednoduchého rozhraní. Je ovšem potřeba, aby se uživatel – programátor zajímal o kvantové počítače a kvantové programování. Nabídnutá možnost je tedy zajímavá hlavně pro vědce, studenty technických oborů a zájemce o kvantové počítače. Moci si svůj program nechat proběhnout na kvantovém počítači, to považuji za skvělou příležitost.

Co je počítač s 5 qubity schopen řádově vyřešit? Kdybychom si vzali nejznámější Shorův algoritmus, jak velké číslo takto rozloží na prvočísla (respektive v jakém časovém horizontu)?

Samozřejmě že 5 qubitů, zvlášť s režií na obsluhu chyb, není žádný mocný počítač a je schopen zvládnout pouze jednoduché algoritmy. Obecně se očekává, že kvantové počítače budou schopny dosahovat prvních výsledků za hranicí standardních počítači někde okolo 100 qubitů. Stále musíme počítat s časem výpočtu, a to že např. Shorův algoritmus pracuje polynomiálně na délce vstupu (poznámka PH: v případě faktorizace není znám klasický algoritmus, kde by čas potřebný k realizaci výpočtu rostl v závislosti na vstupu pouze polynomiálně, kvantový algoritmus to umí; neznamená to ale, že by tento algoritmus byl použitelný i pro jiné úlohy typu obchodního cestujícího; u těchto tzv. NP úplných úloh se většinou předpokládá, že jsou ještě složitější než faktorizace), pořád znamená netriviální množství operací – a to na pouhých 5 qubitech. Smysluplné je tedy faktorizovat maximálně číslo o několika málo číslicích.
Pro zajímavost se podívejte opět do Nature (asi 3 roky starý článek)

Poznámka PH: V tabulce v Nature N znamená počet bitů čísla
Pro 15bitové číslo – do 32 767 – potřebujeme 8 qubitů, pro RSA-768 pak 1154 qubitů

Můžete už uvést nějaké úlohy, které takto byly k řešení přihlášeny?
Nejzajímavější úlohy, které tým IBM zatím zaregistroval, byly z oblasti chemie.

Jaké jsou další aktivity IBM v oblasti kvantových počítačů?
IBM se snaží pracovat na poli kvantových počítačů jak ze strany algoritmů, tak ze strany hardwaru. Skvělých výsledků dosahujeme určitě v oblasti opravy kvantových chyb. Cílem IBM je během příštího desetiletí vytvořit středně velký kvantový procesor o 50-100 qubitech, který by dokázal přinést výsledky obtížné dosažitelné / nedosažitelné na tradičních počítačích. Ultimátním cílem IBM je pak sestrojit opravdový univerzální kvantový počítač, které by umožnil lidstvu dosáhnout nevídané výpočetní síly a vedl k mnoha objevům ve fyzice, medicíně, biologii či umělé inteligenci nebo ve světě velkých dát. IBM dále spolupracuje na poli kvantových počítačů s partnery ve svém IBM Frontiers Institute.

Zaměřuje se IBM pouze na obecné kvantové počítače, nebo se zabývá i systémy, které dokáží řešit jedinou kategorii úloh, jako je např. D-Wave?
IBM se snaží posunout ve vývoji kvantové technologie kupředu a upřímně si myslím, že se ji daří být na úplně špičce. Univerzální kvantový počítač je samozřejmě daleký, ač krásný cíl. IBM je přesvědčena, že už cesta k UKP nám přinese spoustu nového poznání, a proto se ve svém výzkumu soustřeďuje na systémy schopné obecných kvantových výpočtu. Vědecká komunita je dnes přesvědčena, že D-wave a tzv. quantum annealing je slepá vývojová větev, která nepřináší nic významného oproti tradičním počítačům. (Poznámka PH – annealing, žíhání, kvantové žíhání je způsob, jak provádět ve stavovém prostoru hledání maxim/minim tak, aby se algoritmus nezasekl v lokálním extrému a hledal dál. Systém D-Wave provádí právě kvantové žíhání, k optimalizacím ho dnes používá Google, NASA a Lockheed Martin.)

IBM Research Quantum Lab, úvodní video na YouTube

Stěhování ježčích národů – jak se ježek dostal na Krétu

Dnešní evropská fauna a flóra byla výrazně formována dobami ledovými a meziledovými, které se střídaly …

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close