„New Scientist“ išsiaiškino, kad tai gali nutikti greičiau, 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 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.
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 Simonas Devittas iš Japonijos RIKEN CEMS tyrimų centro. – Pralošti gali tik „Google“. Jei „Google“ grupei nepavyks, tada išties kažkas negerai.“
Praeitą mėnesį „Google“ inžinieriai be didelių fanfarų publikavo straipsnį, kuriame išdėstyti jos planai. Jų tikslas pavadintas kvantiniu pranašumu – sukurti pirmąjį kvantinį kompiuterį, galintį įveikti užduotį, kurios joks klasikinis kompiuteris negali išgliaudyti.
„Tai ateinančių poros metų veiklos planas,“ – sako Scottas Aaronsonas iš Teksaso universiteto Austine, aptaręs šiuos planus su kolektyvu.
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 pranašumą pademonstruoti vos su 50 kubitų. Toks tikslas vis vien ambicingas – viešai paskelbta tik apie 9 kubitų kompiuterį – bet realiai pasiekiamas.
Siekdama pergalės „Google“ kovą perkėlė į kvantų aikštelę. Ji sutelkė dėmesį į problemą, kuri neišpasakytai sudėtinga klasikiniams kompiuteriams, tačiau kvantiniai kompiuteriai ją atlieka natūraliai: atsitiktinio kvantinių skaičiavimo modelių išsidėstymo simuliavimą.
„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 Devittas. – Rezultatas iš esmės atsitiktinis, tad reikia suskaičiuoti viską.“
Tikrindama klasikinių kompiuterių ribas, „Google“ 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 dabartinis galingiausias pasaulio superkompiuteris. Jei „Google“ galės išspręsti problemą su 50 kubitų kvantiniu kompiuteriu, ji bus įveikusi bet kurį kitą kompiuterį.
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“ „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.
Būtent Martinisas su kolegomis bando pasiekti kvantinę viršenybę su 50 kubitų, o daugelis tiki, kad jiems tai netrukus pavyks. „Manau, tai įgyvendinama per dvejus ar trejus metus, – sako Matthias Troyeris iš Šveicarijos Federalinio technologijų instituto Ciuriche. – Jie parodė konkrečius žingsnius, kaip tai atliks.“
Martinisas su kolegomis aptarė daugybę būdų, kaip būtų galima pasiekti šį tikslą, sako Devittas. 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 Ianas 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 Devittas. – Kad jis jau gali persikelti iš laboratorijų.“
„Ši sritis vystosi daug sparčiau, nei tikėtasi, – pastebi Troyeris. – Metas kvantinę kompiuteriją perkelti iš mokslo į inžineriją ir iš tiesų kurti įrenginius.“
