Ол есепті суперкомпьютерден 13 000 есе жылдам шешті

Aikyn.kz кванттық компьютердің артықшылықтарын zmescience.com материалына сүйеніп талдайды.

«Бүгін біз алғаш рет кванттық компьютердің алгоритмді сәтті орындай алғанын дәлелдейтін зерттеу нәтижесін жариялаймыз», – деп жазады Google өз блогында. Бұл тарихта бірінші рет кванттық компьютердің артықшылығын айқын көрсеткен оқиға болуы мүмкін. Зерттеуге сәйкес, ең қуатты суперкомпьютер шамамен 3,2 жылда орындайтын есептеуді кванттық процессор небәрі 2,1 сағатта орындаған.

Ғаламды біртұтас кванттық компьютер ретінде қарастыруға болады. Бөлшектердің өзара әрекеттесуі, химиялық байланыстар, жарықтың әрбір жыпылықтауы – бұлардың бәрі ақпараттың жаңартылуы ретінде жүретін алып есептеу үдерісі. Әрине, барлық физиктер бұл көзқараспен келіседі деп айту қиын. Бірақ мұндай түсіндіруді қолдайтын ғалымдар бар.

Басты мәселе – кез келген шынайы құбылысты кванттық процестер деңгейінде модельдеудің аса күрделілігі. Күнделікті өмірдегі ақуыздардың бүктелуі, материалдардың қасиеттері сияқты құбылыстар соншалық күрделі болғандықтан, кванттық ақпарат шатасып, бақылаудан шығып кетеді.

Бұл құбылыс ақпараттық «scrambling» (араластыру) деп аталады және кванттық эргодикалық жүйелермен тығыз байланысты. Егер бір тамшы қызыл бояуды блендерге тамызсаңыз, оның пішіні мен орны туралы ақпарат бір сәтте жоғалып, біркелкі қызғылт массаға айналады. Дәл сол сияқты, ақпарат кванттық жүйеде араласып кеткенде, кәдімгі өлшеу құралдары тереңде жатқан процестерді көре алмайды.

Кванттық компьютерлер 5-10 жыл ішінде коммерциялық қолданысқа беріледі. Фото manufacturing.economictimes.indiatimes.com сайтынан алынды

Ал егер осы процесті кері бағытта айналдырсақ ше? Яғни блендерді кері қосып, сол қызыл тамшыны қайта қалпына келтіруге бола ма?

Осы сұрақтарға жауап беру – кванттық компьютерлердің негізгі мақсаттарының бірі. Мәселе есептеуді ғана тез орындауда емес, мәселе мүлдем жаңа типтегі есептеулерді орындауға мүмкіндік беруде. Шынайылықты кванттық деңгейде тікелей модельдеуге жақындатуда.

Google Quantum AI мен оның серіктестері Nature журналында жариялаған зерттеуде дәл осы идеяны іске асырды. Зерттеушілер Willow деп аталатын аса күрделі асқын өткізгіш кванттық процессорды қолданып, кванттық эхо (quantum echo) деп аталатын протоколды жүзеге асырды. Бұл әдіс кванттық эргодиканың «қайта тарқатылуына», яғни хаостың артындағы жасырын құрылымды көруге мүмкіндік береді.

Google былай деп жазады: «Бұл мұхит түбінде жоғалған кемені іздеумен тең. Әдетте сонар тек көмескі силуэт көрсетеді. Ал біз кеме атауы жазылған тақтайшаны да оқи алатындай дәлдікке жеттік».

Кванттық компьютерлер туралы соңғы 20 жылда ең жиі айтылатын пікір: «Олар 5-10 жыл ішінде келеді». Иә, толыққанды коммерциялық кванттық компьютерлер әлі сатылымда жоқ, бірақ соңғы жылдардағы жетістіктерді елемеу – әділетсіздік.

Оларды қазірдің өзінде Google ғана емес, бірнеше компания кванттық жүйелерді пайдаланып отыр. Олар зерттеу үшін қолжетімді, бірақ ең үлкен мәселе – масштабтау. Кубит санын арттыру, қателікті түзету, жүйені тұрақты ету.

Google жасаған алгоритм 65 кубитте іске қосылды, мұндағы бір кубит – классикалық биттің кванттық баламасы. Мұндай көлемге дейін масштабтау – аса күрделі міндет. Кубиттер суперпозиция мен шатасу (энтэнглмент) сияқты нәзік кванттық қасиеттерге сүйенеді. Температураның болар-болмас өзгеруі немесе сыртқы ықпалдың кез келген түрі есептеу барысында ауыр қателіктерге әкелуі мүмкін.

Қазір бүкіл сала «қателікке төзімді» (fault-tolerant) кванттық компьютер құруға бағытталған. Бұл – өзінде пайда болған қателіктерді олардың таралуынан бұрын түзете алатын машина. Мұндай серпіліске жету үшін негізгі шарт – логикалық кубит (logical qubit) жасау.

Логикалық кубит – бұл жеке физикалық құрылғы емес. Керісінше, көптеген (тіпті мыңдаған) физикалық кубиттердің көмегімен кодталған сенімді «виртуалды» кубит. Бұл физикалық кубиттер біртұтас жүйе ретінде жұмыс істеп, бірін-бірі үнемі бақылап, қателерді түзетіп отырады. Ең маңыздысы – бұл түзету кванттық ақпаратты бұзбай жүзеге асуы тиіс.

Google-дың жүргізген тәжірибесі шынымен әсерлі және қазіргі жүйелердің мол әлеуетін көрсетеді. Алайда бұл тәжірибе бізді толықтай қателікке төзімді кванттық компьютерге әлі жақындатпайды.

The Guardian басылымына пікір білдірген бірнеше сарапшының айтуынша, Google-дың жетістігі маңызды болғанымен, бұл кванттық компьютерлердің жақын арада практикалық шындыққа айналатынын білдірмейді. Оған әлі бірнеше жыл қажет.

Дегенмен болашақта «практикалық пайдасы бар» эксперименттер саны арта түседі деп болжануда. Шулы (қателікке бейім) кванттық процессорлар ғылыми зерттеулерде жеделдеткіш, көмекші процессор (coprocessor) немесе кванттық сенсор ретінде қолданылып, дәрі жасау, материалдар ғылымы және физикалық модельдеу сияқты классикалық компьютерлер шеше алмайтын құнды міндеттерді орындауға көмектесуі мүмкін. Google вице-президенті бұндай практикалық қолдану 5 жыл ішінде орын алуы мүмкін деп болжайды.

Кванттық есептеулер дәуірі әлі толығымен басталған жоқ, бірақ ол бұрынғыға қарағанда айтарлықтай жақын әрі нақты бола түсті.

Сараптама, зерттеу мақала, күнделікті өзекті ақпаратты «Айқынның» TELEGRAM арнасынан табасыз.