«КВАНТОВА ТЕЛЕПОРТАЦІЯ»: новий технологічний прорив.

Photo by Prateek Kochar on Unsplash

 

Уперше квантові обчислення наблизилися до того, щоб використовуватися на практиці в недосяжних раніше масштабах. Фізики з Оксфордського університету на основі фотонного мережевого інтерфейсу створили технологію розподілених квантових обчислень — «квантової телепортації». Нас очікує неймовірний прорив у найрізноманітніших галузях, оскільки ця новація уможливлює розв’язання раніше абсолютно недоступних обчислювальних завдань.

 

КВАНТОВА ФІЗИКА — МАКСИМАЛЬНО ПРОСТО!

Людині, яка не є дипломованим фізиком, розібратися в цьому нелегко. Однак не настільки складно, як здається. Альберт Ейнштейн часто повторював своїм колегам-науковцям: якщо ви не можете пояснити свою теорію простими словами, значить, самі не до кінця її розумієте. Докір було почуто. І з часів Ейнштейна популяризатори науки спромоглися досягти вражаючих результатів у справі публічного «спрощення» складних наукових ідей.

Проте квантова фізика для багатьох досі є «тим, чого не може бути». Описуючи світ на рівні елементарних частинок, вона оперує законами, які суперечать законам макросвіту. У квантовому світі панує принцип невизначеності, сформульований німецьким фізиком Вейнером Гейзенбергом.

Він з’ясував, що точне вимірювання одного параметра автоматично знижує точність вимірювання іншого. Але доти, доки ви не почали свої вимірювання, частинка перебуває в «суперпозиції» — у кількох станах одночасно.

Крім того, частинки не живуть «самі по собі» — навіть перебуваючи в різних місцях, вони є елементами єдиної системи. Взаємозв’язок їхніх станів називають квантовою заплутаністю.

 

КВАНТОВИЙ КОМП’ЮТЕР І «ПАРАЛЕЛЬНІ СВІТИ»

 

Квантові комп’ютери якраз і створюють для того, щоб використовувати для передавання й оброблення таких даних те, що недоступне комп’ютерам звичайним. А саме — суперпозицію частинок і їхню квантову заплутаність. Квантові біти, які скорочено називають кубітами, можуть одночасно набувати значення і логічного нуля, і логічної одиниці.

Дотримуючись багатосвітової інтерпретації квантової механіки, запропонованої американським фізиком Г’ю Евереттом, можна припустити, що квантовий комп’ютер здійснює обчислення в багатьох «паралельних всесвітах» одночасно. Однак це не просто перебір усіх можливих варіантів відповіді.

Якщо уявити кубіт як певну «хвилю ймовірностей», то квантовий комп’ютер — це пристрій з управління амплітудами цих ймовірностей. Для вивчення законів Всесвіту це відкриває гігантські перспективи.

Особливо якщо прийняти ідею, що Всесвіт — це теж квантовий комп’ютер. Тільки неймовірно величезних розмірів, який постійно обчислює сам себе.

 

КВАНТОВИЙ СМАРТФОН? ДОВЕДЕТЬСЯ ТРОХИ ПОЧЕКАТИ!

 

Перш ніж перейти до приголомшливих сценаріїв майбутнього, яке приготували нам квантові технології, доведеться згадати про деякі об’єктивні обмеження. Наприклад, тим, хто мріє про персональні квантові комп’ютери і смартфони, доведеться набратися терпіння й почекати.

У всьому винна «декогерентність» частинок — вони не надто схильні цілеспрямовано трудитися на благо людства, постійно хочуть переплутатися із середовищем і передати інформацію в зовнішній світ. З цієї причини забезпечити системі кубітів взаємопов’язану (когерентну) суперпозицію не так і легко.

Систему потрібно не лише повністю ізолювати від зовнішнього світу, а й охолодити до наднизької температури. Як ви розумієте, створити такі умови в приватній квартирі, ба більше, в чохлі від смартфона, неможливо. Для цього потрібні чималі ресурси великих корпорацій і держав.

 

КВАНТОВА ПЕРЕВАГА: ТЕХНОЛОГІЯ «ПЕРЕДБАЧЕННЯ»

 

На сьогодні лідерами квантових технологій вважаються США і Китай. Також у квантових перегонах активну участь беруть Велика Британія, Канада, Ізраїль та Росія. Про свої плани зі створення «найпотужнішого квантового комп’ютера у світі» по черзі оголошують Microsoft, IBM, Google. Лідери постійно змінюються.

Зараз це Google. Компанія створила процесор, що витрачає трохи більше ніж 3 хвилини, щоб провести розрахунки, на які найпотужнішому у світі комп’ютеру «Самміт» потрібно близько 10 тисяч років. Але справа тут не лише у «квантовому перевершенні», тобто збільшенні швидкості обчислень.

Йдеться про «квантову перевагу». Цим терміном у 2012 році професор Каліфорнійського технологічного інституту Джон Прескілл назвав здатність проведення квантових обчислень, яку неможливо провести на класичному комп’ютері за прийнятний час.

Перевага полягає також і у використанні пам’яті, що сукупно відкриває шлях до прогнозів фізичних явищ, які раніше були неможливі.

 

НОВИЙ ПРОРИВ У «КВАНТОВІЙ ТЕЛЕПОРТАЦІЇ»

 

Звичайно, технології квантових обчислень перебувають ще на початку свого розвитку. Фахівці порівнюють їхній нинішній рівень із тим, як приблизно йшли справи зі ШІ в 2010-х. Однак, зважаючи на все, людство крок за кроком рухається до неймовірного прориву і в цій галузі.

Приміром, в Оксфордському університеті заявили, що знайшли спосіб масштабувати квантові обчислення. А це саме те, що було перешкодою для створення повноцінної індустрії квантових комп’ютерів за аналогією з комп’ютерами класичними.

Раніше для обробки мільйонів кубітів необхідно було об’єднати в одному пристрої безліч процесорів. У результаті виходив квантовий комп’ютер досить значних розмірів. В Оксфорді цю проблему вдалося вирішити шляхом «квантової телепортації». Вони взяли два окремі квантові процесори і за допомогою фотонного мережевого інтерфейсу об’єднали їх в одну систему.

 

НОВИЙ ЧУДОВИЙ СВІТ

 

Успішні досліди з телепортацією були і раніше, проте зараз вченим вперше вдалося домогтися телепортації базових операцій квантових алгоритмів через мережеве з’єднання. Це означає, що потенційно кількість процесорів у такій мережі може бути необмеженою, а обчислення можуть бути розподілені між невеликими квантовими пристроями.

Власне, ми перебуваємо за крок від створення «квантового інтернету» та інших неймовірних речей. До невпізнання може змінитися індустрія блокчейну і традиційного майнінгу, якому кидає виклик так званий алгоритм Гровера. Порівняно з класичними методами, він пропонує квадратичне прискорення при переборі даних.

В Оксфорді вже перевірили ефективність свого винаходу на алгоритмі Гровера — розподілений підхід дав змогу значно розширити межі квантових обчислень, спектр застосування яких величезний: наукові дослідження, моделювання складних систем, хімія, фармакологія, машинне навчання, фінанси, криптографія, логістика та багато іншого.

 

Оригінальні дослідження:

• Distributed quantum computing across an optical network link
• Paving the way to quantum supercomputers
• Джерело інформації: www.huxley.media