Квантовий комп’ютер: Тест виконано, використання в реальному світі дуже далеко

У класичних обчисленнях тепло вступає в змову з часом, щоб накласти обмеження на можливе. В еру вакуумних ламп тривалі обчислення не могли бути завершені, оскільки обладнання згоряло.

У середині вересня на веб-сайті NASA з'явилася дослідницька робота, авторами якої були вчені з 14 установ і лабораторій, очолювані Google AI Quantum в Маунтін-В'ю. (Джерело: Googleblog)

Уряду більше не потрібно агітувати про отримання доступу до безпечних комунікацій у соціальних мережах, тому що квантовий комп’ютер, чий щойно заявлено про прибуття , зробить криптографічну безпеку зайвою.

Те, що стверджують і оспорюють

У середині вересня на веб-сайті NASA з’явилася дослідницька робота, написана вченими з 14 установ і лабораторій під керівництвом Google AI Quantum в Маунтін-В’ю, яка загадковим чином зникла, залишивши наукові та математичні спільноти неспокійно кидатися вслід. Їхнє хвилювання не було безпідставним, оскільки стверджувала газета квантове перевагу — розробка квантової машини під назвою Sycamore, яка може вирішувати проблеми, які класичні комп’ютери не можуть з практичних причин.

У класичних обчисленнях тепло вступає в змову з часом, щоб накласти обмеження на можливе. В еру вакуумних ламп тривалі обчислення не могли бути завершені, оскільки обладнання згоряло. Сучасні напівпровідникові інтегральні схеми також виділяють тепло, недостатньо для спалювання, але цілком достатньо для уповільнення. Google стверджує, що Sycamore вирішив проблему приблизно за 200 секунд, на що суперкомп'ютеру вищого класу знадобилося б приблизно 10 000 років. Результати — у документі, який загадковим чином зник — офіційно з’явилися в Nature у середу, підтверджуючи твердження про те, що поріг обчислень, який передбачався з тих пір, як Пол Беніофф, Річард Фейнман та Юрій Манін розпочали дискусію в 1980-х роках, був подоланий.

Тим часом дослідники з IBM оскаржують висновки Sycamore, вважаючи, що класичний комп’ютер відставав на 10 000 років, оскільки був неефективно налаштований. Вони стверджували, що штовхання шин і очищення свечей закривають розрив рукою над кулаком. Справа залишається в напрузі, доки IBM не повторить контрольний тест. За методом науки питання залишається відкритим, поки вона не опублікує власні висновки.

Кілька держав

З тих пір, як прем'єр-міністр Канади Джастін Трюдо виклав квантові обчислення набридливому журналісту Інституту теоретичної фізики «Периметр» нічого особливого не пояснюється. Досить сказати, що в той час як класичні машини обробляють біти інформації, представлені станами 0 і 1, що представляють увімкнення та вимкнення, квантові машини маніпулюють кубітами або квантовими бітами. Вони мають дві властивості, які можуть обробляти дані вищих порядків — суперпозицію та заплутаність.

Хоча природа квантового і грубого світів кардинально різна, це можна проілюструвати аналогією з кішкою Шредінгера, нещасною твариною, що потрапила в коробку з чимось потенційно смертельним, як балончик з токсичним газом. У загальному світі ми припускаємо, що кішка жива, поки не виділяється газ, після чого вона мертва. Але на квантовому рівні явища згортаються в один стан лише тоді, коли їх спостерігають. У будь-який інший час вони існують у всіх можливих станах. Кішка бачать мертвою чи живою лише тоді, коли спостерігач відкриває коробку. У будь-який інший час він і мертвий, і живий, у стані суперпозиції. Крім того, якщо кіт може випадково випустити газ, його стан і стан балончика нерозривно пов’язані.

Це заплутування, яке Ейнштейн назвав моторошною дією на відстані. Дві заплутані субатомні частинки можуть бути на відстані світлових років один від одного, але бути пов’язаними. Квантові комп’ютери використовують ці дві властивості для досягнення швидкості та обчислювального простору, які б перемогли класичну машину, шляхом кодування даних у квантові стани та виконання квантових операцій над ними.

Сундар Пічаї з одним із квантових комп’ютерів Google у лабораторії Санта-Барбари, Каліфорнія, США. (Фото через Reuters)

Попереду милі

Що для нас з вами означає прихід квантових обчислень? Не багато. Не відразу. Тому що Sycamore провів лише контрольний тест, який не використовується в реальному світі, і Google не може розгорнути його для досягнення світового панування наступного тижня. Навіть якщо вона продемонструє квантову перевагу, можуть знадобитися роки або десятиліття, перш ніж технологія стане вільно доступною.

Кубіти стабільні лише при кріогенних температурах, і лише уряди та великі корпорації можуть сподіватися на збереження квантового комп’ютера в приміщенні. Решта з нас повинні залежати від хмарних обчислень і програмного забезпечення як послуги. Не найяскравіший інструмент, якщо ви, наприклад, прагнете зламати денне світло з Gmail.

Але спочатку уряди та корпорації будуть єдиними користувачами квантових обчислень, тому що тільки їх цікавлять питання, на які вони відповідають. Квантовий комп'ютер був створений Фейнманом для моделювання квантових систем. Тепер він знайде застосування в лабораторіях для моделювання систем, які існують у реальному світі лише в екстремальних умовах, як-от у Великому адронному коллайдері.

Компонент квантового комп’ютера Google у лабораторії Санта-Барбари, Каліфорнія, США. (Фото через Reuters)

Лабораторії зможуть виробляти передові роботи без інвестування у масштабну інфраструктуру, і, можливо, не доведеться співпрацювати між країнами та континентами. Квантові комп’ютери також будуть корисні для завдань, які обробляють величезні обсяги даних. Видобуток даних і штучний інтелект отримають великі вигоди, а також науки, які займаються великими обсягами даних, від астрономії до лінгвістики.

Не пропустіть Пояснення | Душйант Чаутала: Цей 31-річний «будда» не за віком, він спілкується з усіма

Темна сторона

Темною стороною квантових обчислень є руйнівний ефект, який він матиме на криптографічне шифрування, яке захищає комунікації та комп’ютери. Шифрування залежить від дуже великих простих чисел, які служать початковими елементами, з яких генеруються та обмінюються сторонами розмови криптографічні ключі. Це працює, тому що шифрування та дешифрування операційно асиметричні. Комп’ютеру легше помножити дуже великі прості числа, ніж розкласти добуток до складових простих чисел. Ця різниця зберігає конфіденційність ваших повідомлень WhatsApp, але якби шанси зрівнялися за допомогою експоненціально потужних комп’ютерів, конфіденційність в Інтернеті була б мертвою.

Технологія не завжди є рішенням. Часто це створює нові проблеми, а рішення лежить у законі. Через довгий час після народження соціальних медіа та штучного інтелекту тепер є вимоги їх регулювати. Було б розумно розробити нормативну базу для квантових обчислень до того, як вона стане широко доступною. Це трансформативна технологія, майбутнє використання якої в широкому спектрі секторів від аналізу даних до геополітики неможливо повністю передбачити. У цьому сенсі це скоріше нагадує ядерну технологію, яку через 23 роки після Хіросіми регулював глобальний режим за Договором про нерозповсюдження. Було б корисно зараз регулювати квантові обчислення або принаймні визначити межі його законного використання.

Поділіться Зі Своїми Друзями: