AQUA@home: квантовые процессоры D-Wave требуют новых терафлопов

Сейчас в проекте распределенных вычислений AQUA@home ощущается острая нехватка вычислительных ресурсов для обработки данных, получаемых на перспективных квантовых процессорах D-Wave. Представители компании обращаются к сообществу участников BOINC-проектов с просьбой помочь AQUA@home свободными вычислительными ресурсами.

За последнее время в проекте AQUA@home проведена большая работа по оптимизации расчетных приложений и повышены уровни кредитов за выполненные задания. В ближайшие несколько недель упор будет сделан на приложение Fokker-Planck, работающее с одноядерными центральными процессорами (поддержка набора инструкций SSE2 обязательна). В этом приложении оптимизируется алгоритм вычисления стохастического дифференциального уравнения Фоккера-Планка, которое описывает временную эволюцию функции плотности вероятности координат и импульса частиц в процессах, где важна случайная природа явления.

AQUA@home (Adiabatic QUantum Algorithms at home) — научно-исследовательский проект распределенных вычислений канадской компании D-Wave Systems Inc. В проекте тестируются алгоритмы, оптимизирующие вычисления на адиабатических сверхпроводящих квантовых компьютерах D-Wave.

В 2007 году компания D-Wave впервые продемонстрировала 16-кубитовый квантовый процессор Orion. Его чип выполнен из ниобия, который охлаждается в жидком гелии до температуры близкой к абсолютному нулю. Поэтому компьютер и называют адиабатическим, так как при таком охлаждении возникают условия, когда система не получает и не отдает тепло. При этом 16 металлических дорожек из ниобия, расположенные на кремниевой подложке и разделенные изолятором, начинают пропускать электрический ток по часовой стрелке, против неё или в обоих направлениях. Таким образом, выполняется главное условие квантовых вычислений — суперпозиция двух состояний в квантовом бите информации (кубите). Вся информация хранится в виде направлений течения тока по металлическим петлям и переходам. Позже, в 2008 году, компания представила 28-кубитовый квантовый процессор Leda с усовершенствованной технологией связи между кубитами.

Схематическое изображение квантового процессора Leda компании D-Wave

В отличие от привычной единицы информации — бит, который может принимать только одно из двух возможных значений — или «0», или «1», кубит в соответствии с принципом неопределенности квантовой механики, может находиться в суперпозиции — одновременно в состоянии и «0», и «1». Поэтому квантовое вычислительное устройство размером L кубит может выполнять параллельно 2^L операций: если квантовый процессор Orion мог выполнять параллельно 2¹⁶=65 536 операций, то процессор Leda — уже 2²⁸=268 435 456. Останавливаться на достигнутом в D-Wave не собираются — на очереди квантовые компьютеры с 512 и 1024 кубитами. Это открывает фантастические возможности для вычислений.

Пока варианты использования квантовых компьютеров D-Wave ограничены возможностями вычислительных алгоритмов, для развития которых и предназначен проект AQUA@home. Но уже сейчас Orion с успехом справляется со сложнейшей задачей распознавания образов на фотографиях, играючи решает японскую головоломку Судоку, по заданным параметрам производит поиск молекул в химической базе данных. Наилучшим образом проявить себя квантовые компьютеры смогут в решении задач с большим числом переменных, требующих распараллеливания вычислений на множество потоков. Это задачи теории управления, оптимизации процессов, моделирования работы сложных физических, химических и биологических систем.

Научно-популярный блог «Просто о науке» http://prostonauka.com