Kažkur Kalifornijoje Google kuria įrenginį, pradėsiantį naują kompiuterių erą. Tai didžiausias kada nors sukurtas kvantinis kompiuteris, kurio užduotis – kartą ir visiems laikams įrodyti, kad egzotiškąją fiziką naudojantys įrenginiai gali toli dulkėse palikti sparčiausius pasaulio superkompiuterius. New Scientist išsiaiškino, kad tai gali nutikti sparčiau, nei kas nors tikisi – gal net iki kitų metų pabaigos.
Kvantinių skaičiavimų revoliucija brendo ilgai. Devintajame praėjusio amžiaus dešimtmetyje teoretikai suvokė, kad kvantų mechanika paremtas kompiuteris kai kurias užduotis gali atlikti nepalyginamai sparčiau už įprastus, klasikinius kompiuterius. Bet kvantinio kompiuterio sukūrimas jau pats savaime buvo labai nelengva užduotis. Tik neseniai kvantinis kompiuteris, galintis pranokti klasikinį, iš laboratorinių įdomybių kategorijos persikėlė išties įgyvendinamų idėjų lentynon. Google nori sukurti pirmąjį tokį kompiuterį.
Google nori sukurti pirmąjį tikrą kvantinį kompiuterį
Firmos planai slapti ir Google šią temą komentuoti atsisakė. Bet visi tyrėjai, su kuriais New Scientist susisiekė, iš konferencijose pateiktų pristatymų ir asmeninių susitikimų susidarė įspūdį, kad tikro proveržio ilgai laukti neteks.
„Dabar jie tikrai yra pasauliniai lyderiai, be jokių abejonių,“ pažymi Simon Devitt iš Japonijos RIKEN CEMS. „Pralošti gali tik Google. Jei Google grupei nepavyks, tada išties kažkas negerai.“
Apžvelgėme Google ketinimus. Praeitą mėnesį kompanijos inžinieriai be didelių fanfarų publikavo straipsnį, kuriame išdėstyti jos planai (arxiv.org/abs/1608.00263). Jų tikslas, bravūriškai pavadintas kvantiniu pranašumu – sukurti pirmąjį kvantinį kompiuterį, galintį įveikti užduotį, kurio joks klasikinis kompiuteris negali išgliaudyti.
„Tai ateinančių poros metų mūsų veiklos planas,“ sako Scott Aaronson iš Texaso universiteto Austine, aptaręs šiuos planus su komanda.
Taigi, kaip jie tai įgyvendins? Kvantiniai kompiuteriai duomenis apdoroja kaip kvantinius bitus, – kubitus. Kitaip nei klasikiniai bitai, jie, dėl kvantinės superpozicijos gali saugoti 0 ir 1 mišinį tuo pačiu metu. Tokia galimybė suteikia kvantiniams kompiuteriams pranašumą, sprendžiant tam tikras problemas, tokias, kaip didelių skaičių faktorizavimas. Bet klasikiniai kompiuteriai tokias užduotis irgi atlieka visai neblogai. Norint pademonstruoti kvantinių kompiuterių pranašumą, reikėtų tūkstančių kubitų, o tai gerokai viršija dabartines technologines mūsų galimybes.
Vietoje to, Google nori pasiekti tai vos su 50 kubitų. Toks tikslas vis vien ambicingas – viešai paskelbta tik apie 9 kubitų kompiuterį – bet realiai pasiekiamas.
„Pralošti gali tik Google. Jei Google grupei nepavyks, tada išties kažkas negerai.“
Simon Devitt
RIKEN CEMS
Siekdama pergalės, Google kompanija kovą perkėlė į kvantų aikštelę. Ji sutelkė dėmesį į problemą, kuri neišpasakytai sudėtinga klasikiniams kompiuteriams, tačiau kvantiniai kompiuteriai atlieka tai natūraliai: atsitiktinio kvantinių skaičiavimo modelių išsidėstymo simuliavimas.
Bet kokia maža kvantinio skaičiavimo modelio pradinių duomenų variacija gali sukurti visiškai kitokį rezultatą, tad klasikiniams kompiuteriams labai nelengva problemų sprendimą supaprastinti aproksimuojant. „Jie kuria kvantinę chaoso versiją,“ sako Devitt. „Rezultatas iš esmės atsitiktinis, tad reikia suskaičiuoti viską.“
Tikrindama klasikinių kompiuterių ribas, Google kompanija kreipėsi į Edisoną, vieną iš pažangiausių pasaulio superkompiuterių, stovintį JAV Nacionaliniame energijos tyrimų mokslinių skaičiavimų centre. Google juo simuliavo kvantinių skaičiavimų modelius su vis daugiau kubitų, – iki 6×7 tinklelio iš 42 kubitų.
Šis skaičiavimas sunkus, kadangi didėjant kubitų tinkleliui, informacijos išsaugojimui reikalingos atminties kiekis auga labai sparčiai. 6 × 4 tinkleliui reikėjo vos 268 megabaitų, – mažiau, nei yra dabartiniuose vidutiniuose išmaniuosiuose telefonuose. 6 × 7 tinkleliui reikėjo 70 terabaitų, maždaug 10 000 kartų daugiau, nei galingam kompiuteriui.
Google čia ir sustojo, nes tolesnio žingsnio įgyvendinimui būtų reikėję dabar neprieinamo atminties kiekio: 48 kubitų tinkleliui reikėtų 2,252 petabaitų atminties, beveik dvigubai daugiau, nei naudoja dabar galingiausias pasaulio superkompiuteris. Jei Google galės išspręsti problemą su 50 kubitų kvantiniu kompiuteriu, ji bus įveikusi bet kurį kitą kompiuterį.
Žvelgiant į prizą
Kurdama tokį paprastą testą, Google tikisi išvengti problemų, kilusių anksčiau teigusiems apie kvantinių kompiuterių pranašumą – taip pat ir pačiai Google.
Pernai firma paskelbė tam tikras problemas išsprendžianti 100 milijonų kartų sparčiau už klasikinį kompiuterį, naudodama D-Wave kvantinį kompiuterį, kontroversiškos istorijos prietaisą, kurį galima įsigyti jau dabar. Ekspertai tuojau pat atmetė tokius rezultatus, teigdami, kad palyginimas nebuvo sąžiningas.
Google kompanija D-Wave kompiuterį įsigijo 2013 metais, siekdama išsiaiškinti, ar jį galima panaudoti paieškų rezultatų gerinimui ir dirbtiniam intelektui. Po metų firma pasamdė Johną Martinisą iš Kalifornijos universiteto Santa Barbaroje, kad šis sukurtų savo superlaidžius kubitus. „Jo kubitai kur kas kokybiškesni,“ sako Aaronsonas.
„Manau, tai įgyvendinama per du ar tris metus“
– Matthias Troyer
Būtent Martinisas su kolegomis bando pasiekti kvantinę viršenybę su 50 kubitų, o daugelis tiki, kad jiems tai netrukus pavyks. „Manau, tai įgyvendinama per du ar tris metus,“ sako Matthias Troyeris iš Šveicarijos Federalinio technologijų instituto Ciuriche. „Jie parodė konkrečius žingsnius, kaip tai atliks.“
Martinisas su kolegomis aptarė daugybę scenarijų, kaip būtų galima pasiekti šį tikslą, sako Devitt. Pagal sparčiausią, nors ir itin menkai tikėtiną, tai būtų galima pasiekti jau iki šių metų galo. „Būsiu optimistas ir sakysiu, kad galbūt iki kitų metų galo,“ dėsto jis. „Net įgyvendinus per artimiausius penkerius metus, tai būtų pribloškiamas šuolis į priekį.“
Pirmasis sėkmingas kvantinio pranašumo eksperimentas nesuteiks mums kompiuterių, galinčių išspręsti bet kokias problemas – remiantis dabartine teorija, tam reikės daug didesnių prietaisų. Bet veikiantis nedidukas kompiuteris galėtų skatinti inovacijas, ar papildyti dabar egzistuojančius kompiuterius, taip pradėdamas naują erą.
Aaronsonas lygina tai su pirmąja save palaikančia branduoline reakcija, kurią 1942 metais pasiekė Manhattano projektas Čikagoje. „Tai gali būti dalykas, priversiantis žmones tarti, kad jei norime viso kvantinio kompiuterio, įvardykime skaičius: kiek milijardų dolerių?“ lygina jis.
50 kubitų įrenginio kūrimo iššūkiai parengs Google ir kažko didesnio kūrimui. „Tai, be jokios abejonės, žingsnis link visavertės mašinos sukūrimo,“ sako Ian Walmsley iš Oxfordo universiteto.
Kad kvantiniai kompiuteriai iš tiesų būtų naudingi ir ilgoje perspektyvoje, reikės patikimo kvantinių klaidų taisymo, būdo kompensuoti kvantinių būsenų trapumą. Martinisas ir kiti šias užduotis jau sprendžia, tačiau tai truks ilgiau, nei kvantinio pranašumo pasiekimas.
Kaip bebūtų, pranašumo pasiekimas neliktų nepastebėtas.
„Kai tik sistema pasieks kvantinį pranašumą ir bus aišku, kad jį galima didinti, tai bus kaip kelrodis saliutas privačiam sektoriui,“ sako Devitt. „Kad jis jau gali persikelti iš laboratorijų.“
„Ši sritis vystosi daug sparčiau, nei tikėtasi,“ pastebi Troyer. „Metas kvantinę kompiuteriją perkelti iš mokslo į inžineriją ir iš tiesų kurti įrenginius.“
Jacob Aron
newscientist.com
