Kuten monet teistä tietävät, Google ja IBM alkoivat syksyllä 2019 todeta todellista vastakkainasettelua: kun Googlen edustajat julistivat "kvanttiylityytensä" kvanttilaskennan onnistuneen loppuunsaattamisen vuoksi, IBM otti yllättäen vastaan viestin, osoittaen uuden superkoneen kyvyn suorittaa laskelmia melkein samalla nopeudella ja paljon tarkemmin kuin Googlen kvantitietokone. Tämä ei ollut ensimmäinen kerta, kun joku kyseenalaisti kvanttilaskennan. Viime vuonna Ranskan Montpellierin yliopiston teoreettinen fyysikko Michel Dyakonov ehdotti monia teoreettisia syitä, miksi käytännöllisiä kvantisupertietokoneita ei koskaan rakenneta. Joten miten tiedät kuka on oikeassa ja kuka väärin?
Miksi supertietokoneiden luominen on vaarassa?
Kvantitietokone on erittäin hyödyllinen keksintö tulevaisuuden tekoälyn, uusien salaustekniikoiden ja jopa uuden tyyppisten paristojen luomisessa. Huolimatta kaikesta sovelluksensa monipuolisuudesta, laite ei ehkä koskaan toimi täydellä voimalla. Tällaisiin vähän rohkaiseviin johtopäätöksiin tuli ranskalainen tutkija Michel Dyakonov, joka työskenteli monien vuosien ajan kvanttilaskennan toteuttamisessa. Tutkija uskoo, että satunnaisten virheiden välttämättömyydestä laitteistolaitteistossa todella hyödyllisiä kvantitietokoneita ei todennäköisesti koskaan rakenneta.
Ymmärtääksemme, miksi uuden sukupolven supertietokoneiden luominen voi olla vaarassa, meidän on ensin ymmärrettävä tämän tietokonelaitteen toimintaperiaatteet. Portaali theconversation.com -portaalissa julkaistun artikkelin mukaan nykyaikaiset tietokoneet toimivat binaarikoodin periaatteella tietoja tallennettaessa, kun taas jo luodut kvanttilaitteet käyttävät kvanttibitti- tai kvittijärjestelmää.
Qubitilla on erityisiä ominaisuuksia: ne voivat esiintyä superpositiossa, ollessa sekä nolla että yksi, samalla kun ne takertuvat toisiinsa, vaikka ne olisivatkin huomattavan etäisyydellä toisistaan. Tällainen epätavallinen käyttäytyminen ei liity klassisen fysiikan maailmaan, koska superpositio katoaa heti, kun koettelija on vuorovaikutuksessa kvantitilan kanssa.
Superpositioinnin ansiosta 100 kvbitin kvantitietokone voi samanaikaisesti edustaa 2100 ratkaisua. Joissakin tehtävissä tätä eksponentiaalista rinnakkaisuutta voidaan käyttää luomaan valtava etu laskennopeuteen. On kuitenkin olemassa toinen, kapeampi lähestymistapa kvanttilaskentaan, jossa kvitejä käytetään nopeuttamaan optimointiongelmia. Esimerkiksi Kanadassa sijaitsevat D-Wave-järjestelmät ovat rakentaneet optimointijärjestelmiä, joissa käytetään kvitejä juuri tähän tarkoitukseen, vaikka jotkut kriitikot väittävät, että tuloksena olevat järjestelmät eivät toimi paremmin kuin klassiset tietokoneet.
D-Wave Systemsin kvanttitietokoneet.
Mainosvideo:
Tästä huolimatta yritykset ja maat sijoittavat valtavia rahasummia kvantitietoihin. Tiedetään, että Kiina on rakentanut uuden kvanttitutkimuskeskuksen, jonka arvo on 10 miljardia Yhdysvaltain dollaria, ja Euroopan unioni on kehittänyt kvanttitutkimuksen yleissuunnitelman, jonka arvo on 1 miljardi euroa tai 1,1 miljardia dollaria. Yhdysvaltain uudessa kansallisessa kvanttialoitelaissa säädetään kvantitietojen kehittämisestä 1,2 miljardia dollaria viiden vuoden aikana.
Mahdollisuus salata salausalgoritmeja on voimakas motivoiva tekijä monille maille ympäri maailmaa. Niinpä vihollisen salausjärjestelmien tuntemus voisi antaa valtavan edun älykkyydessä ja samalla edistää uutta perustutkimusta fysiikan alalla, koska nykyaikaisilla kokeellisilla järjestelmillä on käytettävissään vain alle 100 kvbittiä. Hyödyllisen laskennallisen suorituskyvyn saavuttamiseksi supertietokoneessa tarvitaan todennäköisesti koneita, joilla on satoja tuhansia kvittejä. Jotta laitteet toimisivat oikein, niiden on korjattava kaikki ohjelmiston pienet satunnaisvirheet. Kvanttitietokoneessa tällaisia virheitä ilmenee epätäydellisten piirielementtien ja kbitien vuorovaikutuksen vuoksi ympäristön kanssa. Näistä syistä kvbitit voivat menettää yhtenäisyyden kirjaimellisesti sekunnin jaossa,mikä voi johtaa virheellisiin tuloksiin tietokoneesta.
Toisin sanoen, vaikka kvantisupertietokoneilla on oikeus olemassa, niiden laskelmien oikeellisuus voi olla suuri kysymys. Ja mitä luuletko, pystyykö jonain päivänä alistamaan kvanttitekniikoita?
Kirjoittaja: Daria Eletskaya