Willow кванттық чипі ғалымдарды есінен тандырды

Aikyn.kz сайты соңғы 2-3 жылда кванттық есептеулер мен кванттық компьютерге арналған 9 материал жариялады. Кванттық технологиялар туралы қарапайым тілмен жазылған кезекті талдау да сізге көп жұмбақтың жауабын береді. 

Willow чипінің жүрегі – 105 асқынөткізгіш кубит. Тек 0 немесе 1 ғана болатын классикалық биттерден айырмашылығы, кубиттер суперпозиция мен шырмаласу (entanglement) арқылы бір мезетте бірнеше күйде өмір сүре алады. Бұл кванттық процессорларға миллиардтаған нұсқаны кезек-кезек емес, бір уақытта қарастыруға мүмкіндік береді. Осындай нәзік күйлерді ұстап тұру үшін чипті абсолютті нөлге жақын температураға – 10 миллиКельвинге дейін салқындатады. Мұндай жағдайда атомдар қозғалысын толық тоқтатады, ал кванттық когеренттілік күрделі есептеулерге жеткілікті уақыт береді.

Жаңа Willow процессорының негізгі технологиялық серпілісі беттік кодты (surface code) қолданумен байланысты. Кванттық есептеулердің ең осал жері – қателер. Ал беттік код жүйеге өзін-өзі түзетуге мүмкіндік береді. Енді кубит саны артқан сайын қателіктер бұрынғыдай жинақталып кетпейді, керісінше азаяды.

4 минут 36 секунд бойы Willow кездейсоқ кванттық схемалар тестін орындады. Бұл тапсырманы қазіргі ешбір классикалық жүйелер орындай алмайды. Ғалымдардың бағалауынша, дәл сондай есепті ең қуатты суперкомпьютер жүздеген миллиард жылда ғана шығарар еді. Осылайша алғаш рет классикалық және кванттық әлемдердің арасы жай теория емес, нақты шындық екені айқындалды.

Инженерлер нәтижені тексергенде, ол теориялық болжамдармен сәйкес шыққан. Бірақ тереңірек талдауда бір тосын жайт байқалған. Кванттық корреляциялар күткеннен ұзақ сақталған, ал нәтижелердің ішінде кездейсоқ шудан бөлек, реттелген өрнектерге ұқсайтын құрылымдар көрінген.

Бұл табыстар физикадан бастап философияға дейін талқылау толқынын туғызды. Кейбір мамандар Willow белгілі модельдердің шеңберінен тыс заңдылықтарды тіркеуі мүмкін деп жорамалдады. Тіпті әрбір кванттық таңдау шындықтың жаңа тармағын тудырады дейтін көпәлем гипотезасы да қайта жанданды. Бұл логика бойынша, кванттық компьютер тура мағынасында бір мезетте «көп әлемде жұмыс істей алады».Google зертханасы эксперименттен кейін чип калибрлеу мен талдау үшін өшірілді деп хабарлады. Ал нәтижелерге қолжетімділік шектелген. Бұл «Willow біздің әлемді түсінуімізге күмән тудыратын бірдеңе тапты ма?» қауесетті одан әрі күшейтті. Кейбір зерттеушілер кванттық жүйелер классикалық құралдар «көрмейтін» жасырын құрылымдарды сезе алуы мүмкін деген ойды абайлап айта бастады. Яғни, физик ғалымдар біздің әлемнің кездейсоқ емес, құдіретті Жаратушының көмегімен жасалғаны туралы тұжырымға келіп тірелгендей.

Басқа ғалымдар мұны жай математикалық артефакт деп есептейді. Дегенмен бұндай болжамдардың өзі бір сұрақты өткір қояды. Кванттық әлемнің тереңіне бойлаған сайын, біз байқаусызда шынайылықтың шымылдығын ашуымыз мүмкін бе?

Қандай пікірлер айтылса да, есептеулердің жаңа дәуірінің басталғанына ешқандай күмән жоқ. Философиялық сұрақтардан бөлек, Willow технологиялар үшін де бетбұрыс нүктесіне айналды. Кванттық есептеулердің әлеуеті орасан. Мысалы, олар мына салаларда түбегейлі өзгерістер жасайды.

Криптография – бүгінгі қолданыстағы шифрлау жүйелері мүлдем қажет болмай қалады. Құпия сөздер мен жасырын кодтар кванттық компьютердің алдында дәрменсіз болып қалады. Сондықтан қазірдің өзінде кванттық бұзуға төзімді жаңа қорғаныс әдістері әзірленіп жатыр.

Медицина және химия – кванттық модельдер күрделі молекулалық процестерді сипаттап, дәрі жасауды жылдамдатады. Материалтану – аса берік қорытпаларды және қуаты жоғары батареялар өндірісі түбегейлі өзгереді, олар тез жасалатын болады. Климатология – климат пен экожүйелерді дәлірек болжау мүмкіндігі артады.

Google келесі чип нұсқасында кубит көбірек, қателерді түзету тұрақтырақ, ал когеренттілік уақыты ұзаратынын мәлімдеді. Мақсат – үздіксіз жұмыс істей алатын, классикалық компьютерлерге қолжетімсіз міндеттерді шеше алатын ақауға төзімді кванттық машиналар жасау.

Алайда жетістік көбейген сайын, сұрақ та тереңдеуде. Егер кванттық машиналар адам қиялы жетпейтін ықтималдықтарды өңдей алса, олар байқаусызда физикалық шынайылықтың шегінен «сығалап» өте ала ма?

Копенгаген интерпретациясын жақтайтындар бұның бәрі түсіндіріледі дейді. Олар кванттық күйлер шынайы параллель әлемдер емес, тек ықтималдықтың сипаттамалары ғана деп түсінеді. Бірақ көптеген ғалымдарға Willow нәтижелері жаңа ой салды. Егер біздің есептеулеріміз болмыстың тереңірек қабатымен шынымен өзара әрекеттесіп жатса ше?

Бүгінде жетекші университеттер жанынан кванттық технологияларға арналған этикалық комитеттер құрылып жатыр. Олар деректер қауіпсіздігін ғана емес, рұқсат етілетін тәуекелдің шегін де талқылайды. Өйткені кванттық жүйелер әлеміміздің іргелі негіздеріне дейін әсер етуі ықтимал.

Кейбір философтар байқалған өрнектерді симуляция идеясымен де байланыстырады: «Біздің ғалам кездейсоқ пайда болған жоқ, ол құдіретті Жаратушының туындысы». Егер Willow шынымен «болмауы тиіс» жерде тәртіпті көрген болса, онда шынайылықтың өзі есептелетін ережелерге құрылғаны ғой?!

Бұл идеяларға қалай қарасақ та, бір нәрсе анық. Willow қайтарымсыз процестерге жол көрсетті. Ол кванттық технологиялар ғылыми фантастика емес, адамзат өркениетін, ғылым мен философияны қатар өзгертетін нақты құрал екенін дәлелдеді. Осындай процессорлардың әр жаңа буынымен адамзат есептеу қуатын жай өсіруден бөлек, Жаратушының құдіретін дәлелдейтін сәтке жақындай түсер...