Tik neseniai kvantinis kompiuteris iš laboratorinių įdomybių kategorijos persikėlė išties įgyvendinamų idėjų lentynon. „Google“ nori sukurti pirmąjį tokį kompiuterį.
Bendrovės planai slapti: „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 Simon Devitt iš Japonijos mokslo centro „Riken Cems“. „Pralošti gali tik „Google“. Jei „Google“ grupei nepavyks, tada išties kažkas negerai.“
Praeitą mėnesį kompanijos inžinieriai be didelių fanfarų publikavo straipsnį, kuriame išdėstyti jos planai (arxiv.org/abs/1608.00263). Jų tikslas, pavadintas kvantiniu pranašumu, sukurti pirmąjį kvantinį kompiuterį, galintį įveikti užduotį, kurio joks klasikinis kompiuteris negali išgliaudyti.
„Tai ateinančių poros metų mūsų veiklos planas,“ – sakė Scott Aaronson iš Texaso universiteto Austine, aptaręs šiuos planus su komanda.
Kaip jie tai rengiasi įgyvendinti? 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.
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 pasiekti tai vos su 50 kubitų. Toks tikslas yra ambicingas – viešai paskelbta tik apie 9 kubitų kompiuterį– bet realiai pasiekiamas.
Siekdama pergalės, „Google“ kompanija kovą perkėlė į kvantų aikštelę. Ji sutelkė dėmesį į problemą, kuri neišpasakytai sudėtinga klasikiniams kompiuteriams, tačiau kvantiniai kompiuteriai atlieka tai natūraliai: atsitiktinio kvantinių skaičiavimo modelių išsidėstymo simuliavimas.
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 Devitt. „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, nes didėjant kubitų tinkleliui, informacijos išsaugojimui reikalingos atminties kiekis auga 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 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 bendrovė 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“ kompanija 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.
Martinisas su kolegomis aptarė daugybę scenarijų, kaip būtų galima pasiekti tikslą, sako Devitt. Pagal sparčiausią, nors ir itin menkai tikėtiną scenarijų, 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“ kitoms kūrybingoms idėjoms ir kūriniams.
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.
„Kai tik sistema pasieks kvantinį pranašumą ir bus aišku, kad jį galima didinti, tai bus kaip kelrodė žvaigždė privačiam sektoriui, tai persikels į laboratorijų į gyvenimą“, – sako Devitt. „Kad jis jau gali persikelti iš laboratorijų.“
„Ši sritis vystosi daug sparčiau, nei tikėtasi. Metas kvantinę kompiuteriją perkelti iš mokslo į inžineriją ir iš tiesų kurti įrenginius,“ – pastebi Troyer.
