Стъпка по-близо до квантовия компютър
Абонирайте се за Капитал

Всеки петък икономически анализ и коментар на текущите събития от седмицата.
Съдържанието е организирано в три области, за които Капитал е полезен:

K1 Средата (политическа, макроикономическа регулаторна правна)
K2 Бизнесът (пазари, продукти, конкуренция, мениджмънт)
K3 Моят капитал (лични финанси, свободно време, образование, извън бизнеса).

Абонирайте се за Капитал

Стъпка по-близо до квантовия компютър

shutterstock

Стъпка по-близо до квантовия компютър

Изследователи от Санта Барбара са на път да решат проблема с грешките в изчисленията на т.нар. кюбитове

Мартин Дешев
16081 прочитания

shutterstock

© shutterstock


Работата по създаването на квантовите компютри е нещо като търсенето на Свещения Граал в света на технологиите. Изследванията в тази сфера вървят от години, но досега се занимават повече с решаването на фундаментални проблеми от естеството на това дали подобна машина изобщо може да съществува. Големи компании като IBM, Google и Microsoft обаче са уверени, че това е възможно. Те са и едни от най-активните инвеститори в този потенциален сегмент, като често постигат напредък въпреки преобладаващия скептицизъм.

Принципно погледнато ползите от квантовите компютри ще са толкова много, че е трудно да се опишат. Казано накратко: една подобна машина теоретично би могла да извършва несравнимо повече операции и изчисления спрямо най-мощните суперкомпютри в момента. Да вземем за пример разбиването на сложен ключ за криптиране. Ако при сегашните машини с най-висока производителност това ще отнеме месеци или дори години, квантовият компютър ще може да го направи за няколко минути. Ползите от подобна изчислителна мощ, съчетана с много по-компактните размери на тези машини, могат да са наистина впечатляващи. Но макар и да има множество проекти в тази област, до момента нито един не е постигнал очакваните теоретични възможности на този тип устройства.

Неизбежното "но"

За съжаление винаги има "но". В случая проблемът е, че на теория квантовите компютри са уникална технологична разработка, но на практика се оказват почти непостижима. Или поне на този етап. Всъщност дори не всички са убедени, че нещо подобно е възможно да се направи. Този тип устройства работят по изцяло различен начин в сравнение с нормалните компютри. При съществуващите машини информацията може да се "раздроби" до нули и единици, които се наричат битове. Всеки бит има две състояния: или нула, или единица. Квантовият компютър от своя страна разчита на т.нар. кюбитове или квантови битове. Те могат да са както единица или нула, така и двете едновременно. Ето и един много характерен пример: чрез класическия бинарен код една поредица от три бита може да представи само едно число от 0 до 7. Тоест, за да запишем всички числа от нула до седем, ще ни трябват осем отделни комбинации от по три бита. Една поредица от три кюбита обаче може представя едновременно всички числа от нула до седем.

Предимствата са, че по този начин квантовият компютър може да изчислява, обработва и анализира огромни масиви от информация и нейните вариации за много по-малко време. Практически с едно изчисление може да разбере кои са числата от нула до седем, вместо да прави осем отделни анализа. Това е на теория. Практиката обаче води до доста сложни проблеми и предизвикателства. Тъй като кюбитовете са напълно различна концепция, те се нуждаят и от други алгоритми, с които да работят. Освен това кюбитовете са нещо реално, например фотон със съответната поляризация. Може да бъде и атом, електрон, дори молекула. Сред предизвикателствата е и как тези кюбитове да "задържат" състоянието си, тъй като всякакъв опит за манипулация води до техния разпад, което, преведено на компютърен език, е равносилно на "грешка".

Преодоляване на препятствията

Решаването на проблема, свързан с въпросните грешки, е ключов момент от бъдещето на квантовите компютри. Екип от специалисти на Google и Университета на Калифорния в Санта Барбара работят по едно възможно негово решение. Те са успели да програмират няколко групи кюбитове, така че да откриват определени грешки и да не им позволяват да компрометират резултата от изчисленията. В основата си квантовият компютър се съставлява именно от групи кюбитове, които са свързани помежду си. В случая чип е бил програмиран така, че деветте кюбита в него да могат да се "наблюдават" един друг и да следят дали някой от тях няма да смени състоянието си. Причина за подобна промяна може да бъде дори влиянието на съседния кюбит, особено ако става дума за фотони. Вместо да извършват корекции на грешния кюбит, останалите просто "предприемат необходимите стъпки, за да не позволят на грешката да компрометира следващите стъпки на операцията". Какви са тези стъпки обаче, засега остава в тайна.

Екипът на Google смята, че това е голяма и важна стъпка, свързана със създаването на квантовите компютри. Тя отваря вратата за работа по отстраняването на всички останали проблеми. "Има още работа, преди да кажем, че всички елементи за нетолериращи грешките квантови изчисления са на място. Все пак мисля, че този проект показва, че се доближаваме", коментира пред онлайн изданието TechnologyReview Даниел Готесман, който също търси подобни методи за коригиране на грешките в кюбитите, но работи за Perimeter Institute в Онтарио.

Алтернативно решение имат в Оксфордския университет. Екип от негови учени се възползва от концепцията на "магически състояния" на кюбитовете, която е разработена през 2005 г. от Сергей Бравий и Алексей Китаев. Това са квантови състояния, които се характеризират с приемливо ниско ниво на грешките. За да се постигнат обаче, е необходимо да се извърши специален процес, който се нарича дестилация, като се цели да се постигне по-малък брой кюбитове, но по-стабилни. Проблемът е, че са необходими много сериозни ресурси от самия хардуер за постигането на тази цел - до 90% от всички кюбитове в един квантов компютър. Учените от Оксфорд са използвали по-различен метод, който разделя кюбитовете по-далеч един от друг, защото така са по-стабилни и си влияят по-малко един на друг. Заедно с още няколко дребни на пръв поглед промени те са постигнали значително подобрение и така са необходими 15 пъти по-малко кюбитове в "магическо състояние". Така количеството на грешките намалява над 20 пъти. Резултатът е, че са необходими по-малко ресурси за дестилация.

Доза скептицизъм

Всичко това звучи прекрасно и изглежда, че квантовите компютри бавно, но сигурно, са на път да станат реалност. Но не всички смятат така. Анализаторът и специалист по криптография Рос Андерсън например наскоро обяви в своя публикация, че концепциите за квантовите компютри са се провалили. Според него повечето теории за тези устройства са спекулативни. Той се аргументира с това, че до момента нито една от тях не е доказана напълно.

Андерсън подкрепя мнението си с липсата на реални резултати от действащите прототипи на подобни машини, които така и не постигат феноменалните резултати, които всички са очаквали. Той е на мнение, че браншът е тръгнал в грешна посока, като се опитва да направи компютър от "неща", които все още не познава добре. Андерсън смята, че е по-добре фокусът да падне върху изучаването на квантовата механика, преди да се тръгне към създаването на квантови компютри. На този фон обаче работата по този тип машини продължава. За съжаление обаче това ще отнеме още поне десетилетие, преди напълно работещ квантов компютър да стане факт.

Работата по създаването на квантовите компютри е нещо като търсенето на Свещения Граал в света на технологиите. Изследванията в тази сфера вървят от години, но досега се занимават повече с решаването на фундаментални проблеми от естеството на това дали подобна машина изобщо може да съществува. Големи компании като IBM, Google и Microsoft обаче са уверени, че това е възможно. Те са и едни от най-активните инвеститори в този потенциален сегмент, като често постигат напредък въпреки преобладаващия скептицизъм.

Принципно погледнато ползите от квантовите компютри ще са толкова много, че е трудно да се опишат. Казано накратко: една подобна машина теоретично би могла да извършва несравнимо повече операции и изчисления спрямо най-мощните суперкомпютри в момента. Да вземем за пример разбиването на сложен ключ за криптиране. Ако при сегашните машини с най-висока производителност това ще отнеме месеци или дори години, квантовият компютър ще може да го направи за няколко минути. Ползите от подобна изчислителна мощ, съчетана с много по-компактните размери на тези машини, могат да са наистина впечатляващи. Но макар и да има множество проекти в тази област, до момента нито един не е постигнал очакваните теоретични възможности на този тип устройства.


Благодарим ви, че четете Капитал!

Вие използвате поверителен режим на интернет браузъра си. За да прочетете статията, трябва да влезете в профила си.
Влезте в профила си
Всеки потребител може да чете до 10 статии месечно без да има абонамент за Капитал.
Вижте абонаментните планове

2 коментара
  • 1
    xyha avatar :-|
    xyha

    Човека е пример за квантово-биологичен компютър. Често греши , но се учи да поправя грешките .

  • 2
    ivankodinov avatar :-|
    Иван K

    Индустрията има нужда от някакъв скок, защото лесно се забелязва следното явление. Имаме все по-бързи машинки, но в същото време имаме и все по-разхищаващи програми, т.е. напредъкът се изяжда от апетита.


Нов коментар

За да публикувате коментари,
трябва да сте регистриран потребител.


Вход

Още от Капитал

Намери ми наемател

Намери ми наемател

С използването на сайта вие приемате, че използваме „бисквитки" за подобряване на преживяването, персонализиране на съдържанието и рекламите, и анализиране на трафика. Вижте нашата политика за бисквитките и декларацията за поверителност.