D-WAVE : ordinateur Quantique système de fonctionnement 2019

Calcul quantique

Plutôt que de stocker des informations en utilisant des bits représentés par des 0 ou des 1 comme le font les ordinateurs numériques conventionnels, les ordinateurs quantiques utilisent des bits quantiques, ou qubits, pour coder les informations en 0, 1 ou les deux en même temps. Cette superposition d’états – ainsi que les autres phénomènes de mécanique quantique d’intrication et de tunneling – permet aux ordinateurs quantiques de manipuler d’énormes combinaisons d’états à la fois.

Fonctionnement des systèmes D-Wave

Les systèmes D-Wave utilisent un processus appelé recuit quantique pour rechercher des solutions à un problème.

Dans la nature, les systèmes physiques ont tendance à évoluer vers leur état d’énergie le plus bas: les objets glissent sur les collines, les choses chaudes se refroidissent, etc. Ce comportement s’applique également aux systèmes quantiques. Pour imaginer cela, pensez à un voyageur à la recherche de la meilleure solution en trouvant la vallée la plus basse du paysage énergétique qui représente le problème.

 

d-wave

Les algorithmes classiques recherchent la vallée la plus basse en plaçant le voyageur à un certain point dans le paysage et en lui permettant de se déplacer en fonction des variations locales. Bien qu’il soit généralement plus efficace de descendre et d’éviter de gravir des collines trop hautes, ces algorithmes classiques sont susceptibles de conduire le voyageur dans des vallées voisines qui ne sont peut-être pas le minimum global. De nombreux essais sont généralement nécessaires, de nombreux voyageurs commençant leur voyage à partir de différents points.

En revanche, le recuit quantique commence avec le voyageur occupant simultanément de nombreuses coordonnées grâce au phénomène quantique de superposition. La probabilité d’être à n’importe quelle coordonnée donnée évolue en douceur à mesure que le recuit progresse, la probabilité augmentant autour des coordonnées des vallées profondes. La tunnelisation quantique permet au voyageur de traverser des collines plutôt que d’être forcé de les gravir, ce qui réduit les risques de se retrouver piégé dans des vallées qui ne sont pas le minimum mondial. L’intrication quantique améliore encore le résultat en permettant au voyageur de découvrir des corrélations entre les coordonnées qui mènent à des vallées profondes.

 

Programmation d’un système D-Wave

Pour programmer le système, un utilisateur mappe un problème dans une recherche du «point le plus bas dans un vaste paysage», correspondant au meilleur résultat possible. L’unité de traitement quantique considère toutes les possibilités simultanément pour déterminer la plus faible énergie requise pour former ces relations. Les solutions sont des valeurs qui correspondent aux configurations optimales de qubits trouvés ou aux points les plus bas du paysage énergétique. Ces valeurs sont renvoyées au programme utilisateur sur le réseau.

Parce qu’un ordinateur quantique est probabiliste plutôt que déterministe, l’ordinateur renvoie de très bonnes réponses en peu de temps – des milliers d’échantillons en une seconde. Cela fournit non seulement la meilleure solution trouvée, mais aussi d’autres très bonnes alternatives parmi lesquelles choisir.

Le développement d’applications est facilité par le kit de développement logiciel open source Ocean (SDK) de D-Wave, disponible sur GitHub et dans Leap, qui a des modèles d’algorithmes intégrés, ainsi que la possibilité de développer un nouveau code avec le langage de programmation familier Python .

 

ordinateur Quantique

Contrôle informatique

Le calcul est effectué en initialisant l’unité de traitement quantique (QPU) dans un état fondamental d’un problème connu et en recuisant le système vers le problème à résoudre de sorte qu’il reste dans un état de faible énergie tout au long du processus. À la fin du calcul, chaque qubit se termine par un 0 ou un 1. Cet état final est la solution optimale ou quasi-optimale au problème à résoudre.

Le système D-Wave 2000Q offre également aux utilisateurs un contrôle important sur le calcul quantique, avec des fonctionnalités avancées telles que:

 

  • Graphes virtuels: de nombreux algorithmes d’optimisation et d’apprentissage automatique sont généralement décrits comme des problèmes de graphes. La fonction de graphiques virtuels de D-Wave améliore la précision du système mis à niveau, en permettant de contrôler l’interaction de groupes de qubits, de modéliser un nœud ou un lien dans un graphique complexe. Cette fonctionnalité a amélioré les taux de réussite de 5 fois par rapport aux systèmes D-Wave 2000Q antérieurs, pour les problèmes d’optimisation en dur courants et les modèles d’apprentissage automatique.
  • Pause et trempe: dans l’application standard du recuit quantique dans les systèmes à onde D, les qubits évoluent selon un calendrier de recuit prédéterminé. Certains types de problèmes peuvent bénéficier d’ajustements précis de la planification par défaut. Dans ces cas, vous pouvez modifier la forme de la forme d’onde d’énergie en introduisant une pause ou une extinction (c.-à-d. Une interruption brutale). Ce niveau de contrôle permet d’enquêter sur ce qui se passe au cours du processus de recuit.
  • Recuit inversé: cela permet aux utilisateurs de programmer le système d’une manière entièrement nouvelle, en exploitant de puissants algorithmes de recherche heuristique pour l’optimisation et l’apprentissage automatique, et des applications telles que la cybersécurité et la découverte de médicaments. Le recuit inverse permet aux utilisateurs de spécifier le problème qu’ils souhaitent résoudre ainsi qu’une solution prédite afin de réduire l’espace de recherche pour le calcul. En utilisant le recuit inverse, les chercheurs de D-Wave ont observé une accélération de 150 fois par rapport au système D-Wave 2000Q actuel.
  • Compensations de recuit: Certains problèmes bénéficient lorsque certains qubits recuisent légèrement avant ou après d’autres. La fonction de recuit des décalages permet aux utilisateurs d’avancer ou de retarder les chemins de recuit pour améliorer les performances de l’application. Les algorithmes utilisant cette fonctionnalité ont montré des améliorations des performances jusqu’à 1000 fois pour certains types de problèmes.

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Source: D-Wave systeme

One Response

  1. Chris mars 5, 2019

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