Kvantiniai kompiuteriai: pirmasis pasaulyje pirkėjo vadovas (7)
|
Visi šio ciklo įrašai |
|
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Kai kurie tyrėjai ieško prabangesnių sprendimų – čia pasirodo deimantai. Formuojantis tam tikriems deimantams, į anglies atomo vietą gali įsmukti azoto atomas ir suteikti brangakmeniui švelniai rausvą atspalvį, bei šalimais kristalinėje gardelėje palikti laisvą vietą. Tokia azoto ir „vakancijos“ (NV) kombinacija gali būti panaudota kubito kūrimui; vakancija turi tam tikrus energetinius lygmenis, kurie gali būti pervesti į superpoziciją lazerio spinduliu. Vėlesniais impulsais galima manipuliuoti būsena ir nuskaityti operacijos rezultatus.
Šių metų gegužę Delfto technologijos universiteto Nyderlanduose mokslininkai teleportavo kvantinę informaciją tarp dviejų deimantų, buvusių už 3 metrų vienas nuo kito. Tai kūdikio žingsnelis link kvantinio skaičiavimo debesų ir kvantinio interneto.
Prieš džiaugiantis šiais pasiekimais, reikėtų žinoti ir kabliukus. Žaižaruojančių NV kubitus nėra paprasta gaminti. Sudėjus šimtus jų, kaip reikėtų naudingam kvantiniam kompiuteriui, būtų gaunama daug triukšmo. Bet tai nėra mirties nuosprendis. Pernai Simono Benjamino vadovaujama Oxfordo universiteto komanda parodė, kad galima sudėti keletą NV kubitų drauge „narvelyje“, tada tuos narvelius sujungti fotonais, veikiančiais kaip įvesties ir išvesties bitai. Netgi kambario temperatūroje šie narveliai koherentumą išlaiko apie sekundę, o narvelius jungiantis triukšmingas fotonų tinklas nelūždamas toleruoja 10 procentų klaidų lygį.
Jei tikrai mėgstate naujausias technologijas, yra keletas dėmesio vertų pasiūlymų. Kalbant apie susietumą, tikrasis rinkos lyderis yra jonų spąstų kvantinis skaičiavimas. Ši technika kartu apjungė netgi 14 kubitų iš jonų – paprastai iterbio, – laikomų kruopščiai suformuotuose elektromagnetiniuose laukuose ir manipuliuojamų lazeriu arba mikrobangų impulsais. Bet tai vis vien toli gražu nėra naudingas kompiuteris, ir mokslininkams sunkiai sekasi jį padidinti.
Nemažai drąsos reikėtų ir tada, jei visus pinigus statytumėte ant fotoninio kvantinio skaičiavimo. Atrodytų, fotonai turėtų būti geri kubitai: jiems lengva sukelti superpoziciją ir išlaikyti koherentiškumą pakankamai ilgai. Bet nors ir įmanoma darbuotis su šviesos greičiu lekiančiomis dalelėmis, tai nėra paprasta.
Topologinis kvantinis skaičiavimas, kur kubitai užkoduoti subatominių dalelių judesiais viena kitos atžvilgiu, taipogi turi savo pliusų – pavyzdžiui, jos ypatingai atsparios aplinkos trukdžiams. Microsoft pradeda į tai daug investuoti, tačiau parduotuvėse produktai greitai dar nepasirodys. Gal vertėtų šią galimybę apsvarstyti, kai pirmasis kvantinis kompiuteris ims rodytis šiek tiek vintage'inis.
Verdiktas: Superlaidūs kubitai turėtų patraukti mėgstančius žaisti saugiai, bet sukiniai gali aplenkti juos per ateinantį dešimtmetį. Visa kita tinkama tik užkietėjusiems eksperimentatoriams.
Programos
Techninė įranga svarbu, bet iš tiesų svarbiausia programinė įranga. Taigi, ką galėsite paleisti savo kvantiniame kompiuteryje? Štai mūsų parinktų geriausių ruošiamų programų pasirinkimas.
Tai stipriausia kvantinių kompiuterių sritis: didelių skaičių faktorių radimas. Kodėl? Ieškodami faktorių, įprastiniai kompiuteriai turi išbadyti visas įmanomas kombinacijas, o tai trunka neįtikėtinai ilgai. Todėl faktorizavimo algoritmai naudojami duomenų apsaugai įvairiose situacijose, nuo bankininkystės iki interneto duomenų bazių.
Prieš dvidešimt metų matematikas Peteris Shoras sukūrė tokį saugumą lengvai įveikiantį algoritmą. Tačiau Shoro algoritmas veikia tik kvantiniuose kompiuteriuose ir kol kas didžiausias faktorizuotas skaičius yra 21. Nedrįskit vaipytis – kai ši programa ims veikti, visi WikiLeaksų ir NSA gebėjimai atrodys kaip vaikų žaidimai.
Tinka: Bet kam, norinčiam perskaityti kitų žmonių paslaptis.
Nenuostabu, kad Google PageRank algoritmas toks pelningas; paieška nesurūšiuotose duomenų bazėse yra labai nelengva užduotis įprastiems kompiuteriams. Jeigu yra N galimybių, standartinis kompiuteris ras, ko ieškote, vidutiniškai per laiką. Bell Labs mokslininkas Lovas Groveris 1996 parodė, kad naudodamas tinkamą algoritmą, kvantinis kompiuteris šią užduotį gali paspartinti iki laiko. Jis veikia, tvarkydamas kubitus taip, kad paieškų objektas būtų labiausiai tikėtinas kubitų superpozicijos matavimų rezultatas.
Tinka: kompiuterių milijardierių kūrimui, žmonėms, ieškantiems santechniko.
Čia viskas ir prasidėjo. Norint atlikti sudėtingos kvantinės sistemos, tarkime, didelės molekulės, simuliaciją, įprastiniam kompiuteriui yra pernelyg daug detalių, kad ir koks galingas jis būtų. Taigi, kaip 1982 m. suprato Richardas Feynmanas, tam reikia kvantinio kompiuterio. Pavyzdžiui, jei kiekvieną norimos simuliuoti sistemos dalelę, tarkime, atomo branduolį, atstovauja vienas fotonas, tai juos galima perleisti per sąveiką mėgdžiojančių kvantinių vartų seriją. Labai praverčia, jeigu nėra tai galinčios atlikti matematikos ar įrangos tikram išbandymui.
Tinka: Vargšams chemijos studentams, kasdienių superlaidininkų ieškantiems verslininkams, branduolinių galvučių kūrėjams.
Jei norėtumėte sugluminti kompiuterį, liepkite jam apskaičiuoti geriausią lėktuvo priekio formą. Šioje užduotyje tiek daug kintamųjų, kad jam pateikus atsakymą, būsite seniausiai iškeliavęs į amžinosios medžioklės plotus. Tokios problemos kuo puikiausiai tinka kvantiniam „grūdinimui“, pavadintam pagal procesą, kai medžiagos tvirtinamos kaitinimo ir aušinimo ciklais.
Grūdinimas yra būdas pateikti visas skirtingas galimybes ir jų pasekmes kaip kalvų ir pakalnių peizažą; idealus sprendimas yra žemiausias šio peizažo taškas. Kvantinis kompiuteris gali vienu metu tirti visą peizažą, tuo tarpu klasikiniai kompiuteriai turi jį tirti vėl ir vėl. Bent jau taip manoma – niekas iš tiesų nežino, ar jis iš tiesų taip veiks.
Kvantinis ar gyvsidabrinis?
Nekantraujate prisiliesti prie naujutėlio tviskančio kvantinio kompiuterio? Gera žinia, kad galite jį nusipirkti jau dabar, jei turite atliekamus 15 milijonų dolerių. Bloga žinia, kad niekas nežino, ar tai iš tiesų yra kvantinis kompiuteris.
D-Wave Systems Burnaby'je, Kanadoje yra pradedantis kvantinių kompiuterių gamintojas. Jos flagmane, D-Wave Two, arba Vesuvius, yra 512 superlaidžių kilpų iš niobio, kiekvienoje yra po Josephsono jungtį.
Bet tai nėra kvantinis laptopas. Sudėtingai atrodanti juoda dėžė drauge su ją palaikančia kriogenine sistema ir superkompiuterio vartotojo sąsaja, užpildo 10 kvadratinių metrų kambarį. Keista, kad jis tenaudoja 15 kilovatų galios, mažiau, nei vieną tūkstantąją, ryjamos sparčiausio pasaulyje superkompiuterio Tianhe-2.
Visų 512 kubitų veikimas konkurentus paliktų ryti dulkes, bet D-Wave nesijaudina dėl galimybės individualiai adresuoti visus kubitus, susieti juos visus drauge ar netgi tinkamu kaip Josephsono jungčių veikimu. Tad nėra aišku, ar tai išties yra kubitai, ir bandymai buvo nevienareikšmiški aiškinantis, ar jie lenkia įprastus kompiuterius.
„Mes nesistengiame įrodyti, kad tai kvantinis kompiuteris, ar ne kvantinis,“ sako Bo Ewaldas, D-Wave USA vykdantysis direktorius. „Nežinome, kiek koherencijos gavome, bet parodėme, kad aštuoni kubitai buvo susieti ir kai kurie darbai parodė, kad susieti 40.“ Jis įsitikinęs, kad visos kilpos susietos, tačiau nenori leisti daugybės pinigų , kad tai įrodytų: „Bandymai tai išmatuoti paverstų jį eksperimentinės fizikos įrenginiu. Mes labiau susitelkę tiesiog į jo naudojimą kaip kompiuterį.“
Tai kompiuteris, turintis tik vieną pritaikymą: optimizavimo algoritmą, ieškantį geriausio duotos problemos sprendimo. Dviems pirmiesiems D-Wave klientams to pakanka. Google naudoja jį mašininiam Google Glass akinių mokymui; kol kas D-Wave mašina padėjo rasti greitesnį tam tikrų objektų atpažinimo būdą. Jie gali būti perkelti atgal į tradicinius kompiuterius ir taip padėti jiems efektyviau atlikti užduotį.
Lockheed Martin naudoja šią mašiną, ieškodama, kur gali sutrikti jų orlaivių programinė įranga. Kompanija pateikia savo orlaivio kontrolės sistemai blogą rezultatą – pavyzdžiui, kad orlaivio nosis pasisuka ne kryptimi, kai pilotas patraukia vairalazdę – ir prašo D-Wave mašinos surasti tokį scenarijų, pagal kurį galėtų taip nutikti.
D-Wave tikisi rasti daugiau klientų medicinos vaizdų apdorojime, finansų planavimo ir krovinių pristatymo srityse, bet kompanija atvira pasiūlymams. Turbūt taip pat verta paminėti, kad Google pradėjo investuoti į kitas kvantines technologijas: rugsėjį kompanija paskelbė apie partnerystę su UCSB kuriant Xmon pagrindo kvantinį kompiuterį.
Verdiktas
Taigi, kas jums tiktų?
Kol kas laukas atviras. Ekspertai sako, kad neaišku, kuri platforma nugalės ir pasieks rinką, bet išmintinga pinigus padėti būtų ant hibridų, vieną technologiją naudojančių skaičiavimui ir kitą – jų sujungimo tinklams. Klausimas, būtent kada tai nutiks – nežiūrint D-Wave ir kelių labai eksperimentinių ir itin specializuotų mašinų – tebekabo ore. Šios srities dalyviai sako, kad savo bendros paskirties kvantinio kompiuterio gali tekti laukti iki 2024 m. ar net ilgiau. Bet tiek laukti mašinos, galinčios nušluostyti nosį bet kuriai dabar mūsų turimai technikai, verta. Tik nepamirškite: tokia galia pigi nebus. Geriau jau pradėkite taupyti.
Michael Brooks
New Scientist № 2991