Kot mnogi od vas veste, sta Google in IBM jeseni 2019 začela voditi pravo soočenje med seboj: ko so predstavniki Googla zaradi uspešnega dokončanja kvantnega računalništva razglasili svojo "kvantno superiornost", je IBM nepričakovano prevzel štafetno palico in pokazal sposobnost svojega novega superračunalnika, da skoraj skoraj izvaja račune z enako hitrostjo in veliko večjo natančnostjo kot Googlov kvantni računalnik. To ni bilo prvič, da je kdo dvomil v kvantno računalništvo. Lani je Michel Dyakonov, teoretični fizik z univerze v Montpellieru v Franciji, predlagal številne teoretične razloge, zakaj praktičnih kvantnih superračunalnikov nikoli ne bo mogoče zgraditi. Kako torej veste, kdo ima prav in kdo narobe?
Zakaj je ogroženo ustvarjanje superračunalnikov?
Kvantni računalnik je izjemno koristen izum pri ustvarjanju umetne inteligence prihodnosti, novih metod kriptografije in celo novih vrst baterij. Kljub vsej vsestranski uporabi naprava morda nikoli ne bo delovala s polno močjo. Do tako malo spodbudnih zaključkov je prišel francoski raziskovalec Michel Dyakonov, ki je dolga leta delal na področju izvajanja kvantnega računanja. Znanstvenik meni, da zaradi neizogibnosti naključnih napak v strojni opremi naprave verjetno ne bodo nikoli zgrajeni resnično uporabni kvantni računalniki.
Da bi razumeli, zakaj je morda ustvarjanje superračunalnikov nove generacije ogroženo, moramo najprej razumeti načela delovanja te računalniške naprave. Glede na članek, objavljen na theconversation.com, sodobni računalniki pri shranjevanju podatkov delujejo po načelu binarne kode, medtem ko že ustvarjene kvantne naprave uporabljajo sistem kvantnih bitov ali kitov.
Kubiti imajo posebne lastnosti: lahko obstajajo v superpoziciji, tako da so enaki nič in ena, hkrati pa se lahko zapletejo med seboj, tudi če so na znatni razdalji drug od drugega. Tako nenavadno vedenje ni povezano s svetom klasične fizike, saj superpozicija v trenutku izgine, ko eksperimentator poseže v kvantno stanje.
Zahvaljujoč superpoziciji lahko kvantni računalnik s 100 qubits hkrati predstavlja 2100 rešitev. Pri nekaterih nalogah lahko to eksponentno paralelizem uporabimo za ustvarjanje velike prednosti pri računski hitrosti. Obstaja pa še en ožji pristop kvantnega računanja, v katerem se qubits uporabljajo za pospešitev težav z optimizacijo. Na primer, kanadski D-Wave Systems je zgradil sisteme za optimizacijo, ki za ta namen uporabljajo qubits, čeprav nekateri kritiki trdijo, da dobljeni sistemi ne delujejo bolje kot klasični računalniki.
Kvantni računalniki iz D-Wave Systems.
Promocijski video:
Kljub temu podjetja in države vlagajo ogromne vsote denarja v kvantno računalništvo. Znano je, da je Kitajska zgradila nov kvantni raziskovalni center v vrednosti 10 milijard ameriških dolarjev, Evropska unija pa je razvila glavni načrt kvantnih raziskav v vrednosti 1 milijarde evrov ali 1,1 milijarde dolarjev. Novi zakon o nacionalni količinski iniciativi Združenih držav Amerike predvideva 1,2 milijarde dolarjev razvoja kvantnih informacij v petletnem obdobju.
Sposobnost razbijanja algoritmov šifriranja je močan motivirajoči dejavnik za številne države po vsem svetu. Tako bi poznavanje sovražnikovih šifrirnih sistemov lahko dalo ogromno prednost inteligenci in hkrati prispevalo k novim temeljnim raziskavam na področju fizike, saj imajo sodobni eksperimentalni sistemi na razpolago le manj kot 100 kitov. Za dosego koristnih računskih zmogljivosti v superračunalniku bomo verjetno potrebovali stroje z več sto tisoč kubiki. Za pravilno delovanje naprav morajo odpraviti vse majhne naključne napake v programski opremi. V kvantnem računalniku se takšne napake pojavijo zaradi nepopolnih elementov vezja in medsebojnega delovanja qubitov z njihovim okoljem. Zaradi tega lahko kbitti izgubijo skladnost v dobesednih delih sekunde,kar lahko privede do napačnih rezultatov računalnika.
Z drugimi besedami, čeprav imajo kvantni superračunalniki pravico do obstoja, je pravilnost njihovih izračunov lahko veliko vprašanje. In kaj mislite, ali si bo človek nekega dne lahko podredil kvantne tehnologije?
Avtor: Daria Eletskaya