Објашњено: Шта је квантна надмоћ?

Квантна надмоћ је прекретница која се дуго тражила у рачунарству, а сада је Гугл објавио да ју је достигао. Поглед на науку која стоји иза концепта, и шта је заиста постигнуто и колико је остало.

Компонента Гоогле-овог квантног рачунара у лабораторији Санта Барбара, Калифорнија, САД. (Фотографија преко Ројтерса)

Ове недеље, Гоогле је објавио да је постигао пробој тзв квантна надмоћ у рачунарству. Шта то значи и зашто је важно?

Дакле, шта је квантна надмоћ?

То је термин који је 2012. године предложио Џон Прескил, професор теоријске физике на Калифорнијском институту за технологију. Он описује тачку у којој квантни рачунари могу да раде ствари које класични рачунари не могу. У Гооглеовом случају, истраживачи са Универзитета Калифорније у Санта Барбари су тврдили да су развили процесор коме је било потребно 200 секунди да изврши прорачун за који би класичном рачунару требало 10.000 година.

Али шта је квантни рачунар?

Наши традиционални рачунари раде на основу закона класичне физике, посебно користећи проток електричне енергије. Квантни компјутер, с друге стране, настоји да искористи законе који управљају понашањем атома и субатомских честица. У тој малој скали, многи закони класичне физике престају да важе, а у игру ступају јединствени закони квантне физике.

Развој таквог рачунара био је циљ научника скоро четири деценије. Године 1981, физичар Ричард Фајнман је написао: Покушај да пронађем компјутерску симулацију физике ми се чини као одличан програм за праћење… Природа није класична… и ако желиш да направиш симулацију природе, боље би ти било учините то квантно механичким, и забога, то је диван проблем, јер не изгледа тако лако.

Какву би разлику направила таква симулација?

Ради се о брзини обраде. Хајде да погледамо како класични рачунар обрађује информације. Битови информација се чувају као 0 или 1. Сваки низ таквих цифара (битстрингс) представља јединствени карактер или инструкцију; на пример, 01100001 представља мала слова а.

У квантном рачунару, информације се чувају у квантним битовима или кубитима. А кубит може бити и 0 и 1 у исто време. Квантна физика укључује концепте које чак и физичари описују као чудне. За разлику од класичне физике, у којој објекат може постојати на једном месту у исто време, квантна физика гледа на вероватноће да се објекат налази у различитим тачкама. Постојање у више стања назива се суперпозиција, а односи између ових стања се називају испреплетеност.

Што је већи број кубита, већа је количина информација ускладиштених у њима. У поређењу са информацијама ускладиштеним у истом броју битова, информације у кубитима расту експоненцијално. То је оно што квантни рачунар чини тако моћним. Па ипак, као што је Цалтецх-ов Прескилл написао 2012. године, изградња поузданог квантног хардвера је изазовна због потешкоћа у прецизној контроли квантних система.

Сундар Пицхаи са једним од Гоогле Куантум Цомпутерс у лабораторији Санта Барбара, Калифорнија, САД. (Фотографија преко Ројтерса)

Да ли је то оно што је Гугл постигао?

Истраживачи су показали за шта је квантни рачунар способан. Изградили су архитектуру од 54 кубита са Сицамореом, Гоогле-овим квантним рачунаром. Док један од њих није радио, остала 53 кубита била су уплетена у стање суперпозиције.

Тим је саставио насумични низ од око 1.000 операција. Сваки пут када би покренули овај насумични алгоритам, квантни рачунар би произвео низ битова.

Сада је већа вероватноћа да ће се неки низови битова појавити од других и могуће је идентификовати који су вероватнији. Међутим, што је насумично квантно коло сложеније, то је класичном рачунару теже да идентификује вероватније битстрингове - а потешкоће су експоненцијално расле. Надмоћ је постигнута када су показали да је квантном процесору требало само 200 секунди да израчуна супер сложени насумични алгоритам, док би најбржем суперкомпјутеру требало 10.000 година, рекао је Гугл у мејлу.

Такође прочитајте | Квантна надмоћ у рачунарству: Тест обављен, употреба у стварном свету је далеко

Па, какву корист од тога?

Нема, што се практичних примена тиче. Извршени задатак није превише важан за ову прекретницу; много се више ради о чињеници да се прекретница уопште десила, наводи се у е-поруци од Гугла. Као аналогију наводи браћу Рајт: да би показали да је авијација могућа, није било толико важно куда је авион кренуо, где је полетео и слетео, већ да је уопште могао да лети.

Да ли су сви убеђени?

ИБМ је оспорио Гуглову тврдњу да његов квантни прорачун не може да изврши традиционални рачунар. У посту на блогу, ИБМ је тврдио да би прорачун који су описали Гуглови истраживачи могао постићи постојећи рачунар за мање од два и по дана, а не за 10.000 година.

Узгред, сам ИБМ је у четвртак тврдио да је дошло до пробоја у квантном рачунарству. Његови истраживачи су направили пробој у контроли квантног понашања појединачних атома, демонстрирајући свестрани нови градивни блок за квантно рачунање, објавио је ИБМ на својој веб страници. Рад је објављен у часопису Сциенце. Гоогле-ово истраживање се појављује у часопису Натуре.

Не пропустите из Екплаинед | Дусхиант Цхаутала: Стар преко својих година, овај 31-годишњи 'буда' се повезује са свима

Шта даље?

Научници желе да побољшају свој рад, укључујући откривање и исправљање грешака. Универзитет Калифорније у Санта Барбари је приметио да је истраживање већ постигло веома прави алат за генерисање случајних бројева. Насумични бројеви могу бити корисни у разним областима — укључујући заштиту шифрованих кључева за дешифровање, што би могло бити потенцијално проблематично питање за владе.

Квантни компјутери би једног дана могли резултирати огромним напретком у научном истраживању и технологији. Међу областима које могу добити су вештачка интелигенција и нове терапије лековима. Све је то, међутим, далеко.

Подели Са Пријатељима: