Բացատրեց. Ի՞նչ է քվանտային գերակայությունը:

Քվանտային գերակայությունը կարևոր իրադարձություն է, որը երկար ժամանակ փնտրվել է հաշվարկների մեջ, և այժմ Google-ը հայտարարել է, որ հասել է դրան: Հայացք հայեցակարգի հիմքում ընկած գիտությանը, և թե ինչ է իրականում ձեռք բերվել և որքան է մնացել:

Google-ի քվանտային համակարգչի բաղադրիչ Սանտա Բարբարա լաբորատորիայում, Կալիֆորնիա, ԱՄՆ: (Լուսանկարը՝ Reuters-ի)

Այս շաբաթ Google-ը հայտարարեց, որ հասել է բեկման, որը կոչվում է քվանտային գերակայություն հաշվողականության մեջ։ Ի՞նչ է դա նշանակում և ինչո՞ւ է դա կարևոր։

Այսպիսով, ի՞նչ է քվանտային գերակայությունը:

Դա տերմին է, որն առաջարկվել է 2012 թվականին Կալիֆորնիայի տեխնոլոգիական ինստիտուտի տեսական ֆիզիկայի պրոֆեսոր Ջոն Պրեսքիլի կողմից։ Այն նկարագրում է այն կետը, որտեղ քվանտային համակարգիչները կարող են անել այնպիսի բաներ, որոնք դասական համակարգիչները չեն կարող: Google-ի դեպքում Կալիֆորնիայի համալսարանի հետազոտողները պնդում են, որ մշակել են պրոցեսոր, որը 200 վայրկյան է պահանջել հաշվարկներ կատարելու համար, որը դասական համակարգչին կպահանջվի 10000 տարի:

Բայց ի՞նչ է քվանտային համակարգիչը:

Մեր ավանդական համակարգիչները աշխատում են դասական ֆիզիկայի օրենքների հիման վրա, մասնավորապես՝ օգտագործելով էլեկտրաէներգիայի հոսքը: Մյուս կողմից, քվանտային համակարգիչը փորձում է օգտագործել այն օրենքները, որոնք կարգավորում են ատոմների և ենթաատոմային մասնիկների վարքը: Այդ փոքր մասշտաբով դասական ֆիզիկայի շատ օրենքներ դադարում են գործել, և գործում են քվանտային ֆիզիկայի եզակի օրենքները:

Նման համակարգչի մշակումը գիտնականների նպատակն էր արդեն մոտ չորս տասնամյակ: 1981 թվականին ֆիզիկոս Ռիչարդ Ֆեյնմանը գրել է. «Փորձելը գտնել ֆիզիկայի համակարգչային սիմուլյացիա, ինձ թվում է, որ այն հիանալի ծրագիր է, որը պետք է հետևել… Բնությունը դասական չէ… և եթե ուզում ես բնության սիմուլյացիա անել, ավելի լավ է: դարձրեք այն քվանտային մեխանիկական, և դա հիանալի խնդիր է, քանի որ այն այնքան էլ հեշտ չի թվում:

Ի՞նչ տարբերություն կբերի նման սիմուլյացիան:

Խոսքը մշակման արագության մասին է։ Եկեք նայենք, թե ինչպես է դասական համակարգիչը մշակում տեղեկատվությունը: Տեղեկատվության բիթերը պահվում են որպես 0 կամ 1: Նման թվանշանների յուրաքանչյուր տող (բիթստրինգ) ներկայացնում է եզակի նիշ կամ հրահանգ. օրինակ, 01100001-ը ներկայացնում է փոքրատառ a.

Քվանտային համակարգչում տեղեկատվությունը պահվում է քվանտային բիթերում կամ քյուբիթներում: Իսկ քյուբիթը կարող է միաժամանակ լինել և՛ 0, և՛ 1: Քվանտային ֆիզիկան ներառում է հասկացություններ, որոնք նույնիսկ ֆիզիկոսներն են բնութագրում որպես տարօրինակ: Ի տարբերություն դասական ֆիզիկայի, որտեղ օբյեկտը կարող է միաժամանակ գոյություն ունենալ մեկ տեղում, քվանտային ֆիզիկան դիտարկում է օբյեկտի տարբեր կետերում գտնվելու հավանականությունը: Բազմաթիվ վիճակներում գոյությունը կոչվում է սուպերպոզիցիա, իսկ այդ վիճակների միջև փոխհարաբերությունները կոչվում են խճճվածություն:

Որքան մեծ է քյուբիթների թիվը, այնքան մեծ է դրանցում պահվող տեղեկատվության քանակը: Նույն թվով բիթերում պահվող տեղեկատվության համեմատ, քյուբիթներում տեղեկատվությունը երկրաչափականորեն աճում է: Հենց դա է քվանտային համակարգիչն այդքան հզոր դարձնում: Եվ այնուամենայնիվ, ինչպես գրել է Caltech’s Preskill-ը 2012-ին, հուսալի քվանտային սարքավորումների կառուցումը դժվար է, քանի որ դժվար է ճշգրիտ կառավարել քվանտային համակարգերը:

Սունդար Պիչայը Google-ի քվանտային համակարգիչներից մեկի հետ Սանտա Բարբարա լաբորատորիայում, Կալիֆորնիա, ԱՄՆ: (Լուսանկարը՝ Reuters-ի)

Արդյո՞ք դրան հասել է Google-ը:

Հետազոտողները ցույց են տվել, թե ինչի է ընդունակ քվանտային համակարգիչը։ Նրանք Google-ի քվանտային համակարգչի՝ Sycamore-ի միջոցով կառուցեցին 54 քյուբիթանոց ճարտարապետություն: Թեև դրանցից մեկը չէր գործում, մյուս 53 քյուբիթները խճճվեցին սուպերպոզիցիոն վիճակի մեջ:

Թիմը կազմել է մոտ 1000 գործողությունների պատահական հաջորդականություն: Ամեն անգամ, երբ նրանք գործարկում էին այս պատահական ալգորիթմը, քվանտային համակարգիչը արտադրում էր բիթերի տող:

Այժմ, որոշ բիտստրինգներ ավելի հավանական է, քան մյուսները, և հնարավոր է պարզել, թե որոնք են ավելի հավանական: Այնուամենայնիվ, որքան բարդ է պատահական քվանտային սխեման, այնքան դասական համակարգչի համար ավելի դժվար է նույնականացնել հավանական բիթերը, և դժվարությունն աճում է էքսպոնենցիալ: Գերակայությունը ձեռք բերվեց, երբ նրանք ցույց տվեցին, որ քվանտային պրոցեսորը ընդամենը 200 վայրկյան է պահանջել գերբարդ պատահական ալգորիթմը հաշվարկելու համար, մինչդեռ ամենաարագ սուպերհամակարգիչը կպահանջի 10000 տարի, ասվում է Google-ի նամակում:

Կարդացեք նաև | Քվանտային գերակայություն հաշվում. Փորձարկումն արված է, իրական աշխարհի օգտագործումը շատ հեռու է

Այսպիսով, դա ինչ օգուտ է տալիս:

Ոչ մեկը, ինչ վերաբերում է գործնական կիրառություններին: Կատարված առաջադրանքը չափազանց կարևոր չէ այս հանգրվանի համար. դա շատ ավելին է այն փաստի մասին, որ կարևոր իրադարձությունն ի սկզբանե տեղի է ունեցել, ասվում է Google-ի նամակում: Այն որպես անալոգիա մեջբերում էր Ռայթ եղբայրներին. Որպեսզի նրանք ցույց տան, որ ավիացիան հնարավոր է, այնքան էլ կարևոր չէր, թե ուր է ուղղվել ինքնաթիռը, որտեղ է այն բարձրացել և վայրէջք կատարել, այլ այն, որ այն ընդհանրապես կարողացել է թռչել:

Բոլորը համոզվա՞ծ են։

IBM-ը վիճարկում է Google-ի այն պնդումը, որ իր քվանտային հաշվարկը չի կարող կատարվել ավանդական համակարգչի միջոցով: Բլոգի գրառման մեջ IBM-ը պնդում է, որ Google-ի հետազոտողների կողմից նկարագրված հաշվարկները կարող են իրականացվել գոյություն ունեցող համակարգչի միջոցով ոչ թե 10000 տարում, այլ երկուսուկես օրվա ընթացքում:

Ի դեպ, IBM-ն ինքը հինգշաբթի հայտարարեց քվանտային հաշվարկների առաջընթացի մասին: Նրա հետազոտողները բեկում մտան առանձին ատոմների քվանտային վարքագիծը վերահսկելու հարցում՝ ցուցադրելով քվանտային հաշվարկների համար բազմակողմանի նոր կառուցվածք, ասվում է IBM-ի իր կայքում: Հոդվածը հրապարակված է Science ամսագրում։ Google-ի հետազոտությունը հայտնվում է Nature-ում:

Բաց մի թողեք Explained | Դուշյանտ Չաուտալա. Իր տարիքից բարձր այս 31-ամյա «բուդան» կապվում է բոլորի հետ.

Ի՞նչ հետո:

Գիտնականները ձգտում են բարելավել իրենց աշխատանքը՝ ներառյալ սխալների հայտնաբերումն ու ուղղումը: Կալիֆորնիայի Սանտա Բարբարայի համալսարանը նշել է, որ հետազոտությունն արդեն իսկ ձեռք է բերել պատահական թվեր ստեղծելու շատ իրական գործիք: Պատահական թվերը կարող են օգտակար լինել տարբեր ոլորտներում, այդ թվում՝ պաշտպանելու գաղտնագրված բանալիները վերծանման համար, ինչը կարող է պոտենցիալ դժվար խնդիր լինել կառավարությունների համար:

Քվանտային համակարգիչները մի օր կարող են հանգեցնել գիտական ​​հետազոտությունների և տեխնոլոգիաների հսկայական առաջընթացի: Շահելու ոլորտներից են արհեստական ​​ինտելեկտը և նոր դեղորայքային բուժումը: Այդ ամենին, սակայն, շատ հեռու է։

Կիսվեք Ձեր Ընկերների Հետ: