Va cădea jumătate din lume mâine? Ce înseamnă supremația cuantică, la ce ne putem aștepta în continuare?

Google a anunțat că a atins dominanța cuantică, ceea ce înseamnă că a fost construit un computer cuantic care depășește limitele calculelor clasice. Toată lumea simte că acesta este un pas important înainte, dar ce înseamnă exact și ce consecințe ar putea avea nevoie de explicații. Iată răspunsul clar.

Știința așteaptă de zeci de ani primul computer cuantic adevărat care ar putea declanșa o alunecare de teren în calcul. Poate schimba fundamental depanarea mașinilor, poate sparge tot codul, poate distruge băncile și răspunde la întrebări pe care nici măcar nu le-am pus, spun predicțiile. Astfel, este de înțeles că viața științifică a început să se miște odată cu anunțul Google.

În septembrie, reporterii Financial Times au descoperit „din greșeală” un articol științific scris de cercetătorii Google pe un server NASA care a ajuns în cele din urmă pe prima pagină a uneia dintre cele mai prestigioase reviste științifice, Nature. Articolul susține că Google a reușit să construiască un computer cuantic care a folosit 53 de biți cuantici pentru a rezolva o problemă în aproximativ 3 minute de care cel mai rapid supercomputer actual ar avea nevoie de mai mult de 10.000 de ani. Astfel, cercetătorii înșiși au atins supremația cuantică.

Superman, supercomputer al Universității de Tehnologie și Economie din Budapesta

Deși calculatoarele cuantice există deja, acestea sunt încă la început. Supremația cuantică în cauză ar simboliza epoca informatică post-tradițională. Disponibil atunci când un computer cuantic rezolvă o problemă de care un computer tradițional este incapabil. Calificarea supremației cuantice a fost interpretată vag de Google, deoarece era un calcul care putea fi rezolvat cu un computer clasic care este încă în funcțiune, dar poate fi considerat fără sens mult timp de peste 10.000 de ani. Dacă un computer clasic are nevoie de atât de mult timp pentru a rezolva, putem spune pe bună dreptate că este practic incapabil să facă acest lucru, adică putem intra în era cuantică.

Cercetătorii IBM au ridicat sprâncenele foarte sus la știri. Nu este de mirare, deoarece baza comparației, un supercomputer înconjurat de Google Sycamore timp de zece mii de ani, nu este altul decât IBM Summit. Constructorii acestuia din urmă au criticat mai întâi eșecul lui Sycamore de a se conforma definiției mai stricte a dominanței cuantice și apoi că a fost o exagerare puternică să se prevadă un timp de execuție de 10.000 de ani pentru Summit: cercetătorii IBM înșiși au estimat-o și au spus că problema este supercomputerul lor doi și jumătate. o rezolvă, deci este o exagerare să spunem că diferența dintre minute și zile ar fi o adevărată schimbare de paradigmă. Merită să adăugăm că Summit este cel mai rapid supercomputer din lume, cu zeci de mii de procesoare care ocupă două terenuri de fotbal și capabile să efectueze mai mult de 10 17 operațiuni pe secundă, deci este posibil să nu fie numit neapărat un computer tradițional. Indiferent, este un fapt că funcționează pe principii clasice.

Supercomputerul IBM Summit

Foto: Laboratorul Național Oak Ridge

Cea mai controversată parte a anunțului, totuși, nu este timpul, ci ce probleme rezolvă computerele cuantice. Computerele care servesc în prezent pe smartphone-uri, smartwatch-uri sau chiar supercomputerele sunt extrem de versatile și pot fi utilizate pentru aproape orice. Sunt capabili să modeleze climatic, să aranjeze tranzacții bancare, să proceseze date pedometru sau să deseneze dinozauri pe ecranul filmului. Pe de altă parte, calculatoarele cuantice pot efectua doar câteva sarcini, doar calcule foarte specifice, în condiții strict reglementate. Capacitatea lor universală de rezolvare a problemelor este extrem de slabă și nici nu pot rezolva neapărat câte 1 + 1.

Dar nici asta nu este treaba lor, deoarece există încă computere clasice universale pentru asta acum, care funcționează extrem de bine în rezolvarea majorității problemelor. Puterea computerelor cuantice constă în rezolvarea sarcinilor pentru care computerele clasice nu vor fi niciodată potrivite. Acestea includ cercetarea fizică și chimică, modelarea farmaceutică, analiza proceselor financiare complexe și o mulțime de probleme de optimizare. Acesta este exact motivul pentru care fizicianul teoretic John Prescott a inventat termenul de supremație cuantică în 2012 ca o frontieră imaginară dincolo de care computerele cuantice pot efectua cu adevărat calcule pe care clasicii nu le pot face, deschizând o ușă cu totul nouă în calcul.

Una dintre cele mai faimoase probleme în care intră dinții computerelor clasice, „problema agentului de turism”, este aceasta: agentul de turism trebuie să viziteze un anumit număr de orașe și apoi să revină la punctul de plecare. Știți distanța dintre toate orașele, obiectivul dvs. este să călătoriți cât mai repede și mai ieftin posibil, așa că încercați să calculați care traseu va fi cât mai scurt posibil. Pentru 4-5 orașe, aceasta este încă o sarcină ușoară, puteți încerca una câte una combinațiile posibile și apoi le puteți compara pentru a găsi cea mai scurtă. Cu toate acestea, chiar și în 20 de orașe, există mai mult de 10 16 rute posibile pe care computerele trebuie să le compare individual. Cu un computer cuantic, calculul poate fi accelerat prin ordine de mărime - mai ales dacă trebuie luate în considerare mai multe decontări - pe care mașinile clasice nu le pot realiza în viitorul apropiat.

Foto: Google AI Quantum

Secretul unui computer cuantic este că acestea nu funcționează cu biți - acestea sunt cele mai elementare elemente de bază ale calculului - ci cu biți cuantici, qubits (sau coți) care au proprietăți fizice complet diferite.

Biții convenționali sunt în esență mici comutatoare în două poziții: în sus sau în jos, există curent sau nu există curent, 1 sau 0. Computerele transformă miliarde și miliarde de comutatoare mici într-un ritm uimitor, așa că fac calcule.

Pe de altă parte, Qubits ridică regula de bază a activării sau dezactivării ceva. În lumea microscopică, particulele au și proprietăți cuantice, dintre care una este că un sistem poate fi în două stări în același timp, dar mai ales într-un amestec al acestora în același timp, adică un comutator poate fi sus și ** * oprit în același timp: aceasta este suprapunere, aceasta este povestea lui Schrödinger despre pisică, care este în viață și moartă în același timp, în funcție de respectarea stării cuiva.

Foto: Pixabay/geralt

Un qubit poate lua o multitudine de alte valori între stările on și off, cu probabilități diferite despre care s-ar putea fi doar unul. Dincolo de lumea experților în disciplină, acest lucru pare destul de evaziv, punctul în cazul nostru este că acestea pot fi utilizate în continuare pentru operațiuni logice. Celălalt pilon al calculului cuantic este împletirea: două stări mecanice cuantice se pot împleti în așa fel încât stările lor să depindă una de cealaltă - în plus, indiferent cât de departe sunt.

Utilizând suprapunerea și încurcarea cuantică, qubiturile cresc teoretic puterea de calcul exponențial cu fiecare qubit adăugat, 53 de qubiți concurând cu cele două supercomputere clasice pe terenul de fotbal (pe acea sarcină specifică), dar dacă Google construiește un sistem de 60 qubit în viitor, deja 33 Summital ar concura.

Dar chiar și reunirea a 53 de qubiți a fost o sarcină aproape supraomenească. Sistemul funcționează complet închis la lumină, în vid, la o temperatură mai rece decât spațiul, în milicelvin, adică într-o cameră sub -273 grade Celsius, și chiar așa doar pentru o perioadă scurtă de timp. Acest lucru se datorează faptului că qubiturile sunt „deranjate” chiar de cel mai mic stimul din lumea exterioară și înclinate înapoi la un bit clasic, adică un „format” în care numai 0 sau 1 stări pot fi înregistrate în loc de 0 și 1.

O minge răsucită a progresului computațional este că computerele clasice au ocupat din ce în ce mai puțin spațiu în timp, dar flirtează deja cu dimensiuni microscopice. Astfel, ajungem încet la o linie de graniță fizică: tranzistoarele nu mai pot fi reduse pentru o lungă perioadă de timp, deoarece în acest interval de dimensiuni, fenomenele fizice cuantice încep să apară și sabotează funcționarea computerelor clasice, pe care se bazează calculul cuantic.

Unul dintre candidații la președinție din SUA, Andrew Yang, după anunțul Google, a declarat în mod prevestitor că era cuantică a sosit, că nu mai exista coduri incasabile. Deși actualul proces de criptare cel mai obișnuit, care protejează și tranzacțiile bancare, de exemplu, poate fi într-adevăr spart cu computerele cuantice în teorie, nu trebuie să ne temem deloc de acest lucru, dar este departe de a fi încă accesibil. Rezultatele Google sunt impresionante, dar nu trebuie luat în considerare faptul că totul din jurul nostru s-ar putea schimba de mâine. Prin urmare, termenul de supremație cuantică este oarecum înșelător:

victoria nu este pentru computerele cuantice asupra clasicilor, ci pentru a noastră, împotriva noastră, deoarece în curând vom avea un instrument complet nou pentru a rezolva probleme care nu au fost posibile până acum.

Dacă doriți să fiți informat cu privire la evoluții, vă rugăm să apreciați pagina de Facebook din secțiunea HVG Tech.