A kvantumszámítógépek jelenlegi fejlődési szintjükön még kisebbek és hibára hajlamosabbak annál, mint amire néhány éven belül képesek lesznek. Ennek ellenére időről időre felbukkannak olyan eredmények, melyek szerint bizonyos problémák megoldásában már most felülmúlják a klasszikus számítógépeket – bár gyakran gyorsan megérkezik a válasz is, a klasszikus algoritmusok optimalizálása révén újra kiegyenlítve a versenyt.
A D-Wave úgynevezett kvantum-annealereket épít, melyek kifejezetten optimalizációs problémák megoldására alkalmasak. Legújabb kutatásuk azt bizonyítja, hogy a kvantum-annealerek hatékonyabban követik nyomon egy kvantumrendszer – az úgynevezett Ising-modell – viselkedését, mint bármely jelenleg elérhető csúcskategóriás klasszikus algoritmus. A D-Wave korábban már többször tapasztalta, hogy az általuk elért előnyt hamarosan megcáfolják a továbbfejlesztett klasszikus algoritmusok, ezért ezúttal is óvatosan fogalmaztak. A most közzétett tanulmányukban is hangsúlyozták, hogy eredményük várhatóan új, klasszikus szimulációs módszereket inspirál majd.
Speciális feladatokra képezve
Ellentétben az általános célú kvantumszámítógépekkel, melyeket például az IBM vagy a Google fejleszt, a D-Wave kvantum-annealerei nem univerzális eszközök, hanem speciálisan az optimalizációs feladatokra összpontosítanak. Ezek olyan problémák, amelyekben egy rendszer számára kell megtalálni a legalacsonyabb energiaszintű állapotot, ami megfelel a probléma optimális megoldásának. Ez a megközelítés különösen hatékony például komplex ütemezési feladatok esetében.
A legújabb kutatásban egy bonyolult Ising-modellt használtak tesztként, amelyben az objektumok állapota a szomszédos objektumok állapotától függ, és a rendszer mindaddig változik, míg el nem éri a legalacsonyabb energiaszintet. Korábbi tesztek során a D-Wave egy 5000 kvantumbitből álló annealerét használta az Ising-modell viselkedésének kvantummechanikai alapú leírására. Már akkor is jelezték, hogy ezek a számítások valószínűleg túl bonyolultak lennének a klasszikus algoritmusok számára.
Évmilliók munkája percek alatt?
A mostani kutatás során három különböző klasszikus módszert is kipróbáltak, többek között neurális hálózatokat, valamint tenzorhálózat-alapú algoritmusokat, hogy összehasonlítsák teljesítményüket a D-Wave kvantum-annealerével. Egyszerűbb modelleknél még fej-fej mellett haladtak, ám bonyolultabb esetekben a klasszikus algoritmusok már látványosan lemaradtak. A kutatók becslése szerint a jelenlegi legerősebb klasszikus szuperszámítógépek is évmilliók alatt tudnák csak teljesíteni azt, amit a D-Wave rendszere néhány perc alatt elvégez.
Bár az eredmény publikálása óta már megjelent néhány új, klasszikus algoritmusokat fejlesztő kutatás, melyek részlegesen felzárkóztak, a legbonyolultabb feladatok még mindig jelentősen meghaladják ezek képességeit. Andrew King, a D-Wave egyik kutatója már jelezte is, hogy a vállalat egy új, még nagyobb, több mint 4000 kvantumbites rendszeren tesztel további, bonyolultabb modelleket, melyekkel a klasszikus algoritmusok várhatóan végképp nem tudnak majd lépést tartani.
Bár még mindig várható némi visszavágás a klasszikus algoritmusoktól, a D-Wave vezetője, Alan Baratz úgy nyilatkozott, hogy szerinte a mostani eredmények egyértelműen mérföldkövet jelentenek a kvantumtechnológia fejlődésében.
