Borba za kvantnu nadmoć — dokle smo stigli u razvoju kvantnih računara?

Šta rade Google, Intel, IBM i ostali kvantni entuzijasti?

Sanja Vatić - 12. Januar, 2018.

U trci za prvo mesto među onima koji će prvi razviti kvantne računarske sisteme poslednji pomak načinio je Intel. Ovih dana je otkrio Tangle Lake, svoj novi superprovodni kvantni test čip od 49 kjubita, čime se popeo na stepenik oko kog se muvaju i njegovi najvećih konkurenti — Google i IBM.

Naime, IBM je u novembru već objavio kako je konstruisao čip od 50 kjubitova, a Google je najavio da će predstaviti 49-ni pre kraja sada već prošle godine.

Sa ovim brojem kjubita čipovi bi konačno trebalo da nadmaše ograničenja tradicionalnih računara, odnosno dostignu kvantnu nadmoć (quantum supremacy) tako što će zahvaljujući prenosu informacija pri kom kjubiti označavaju više stanja odjednom (nula, jedinica i verovtnoća tih stanja) rešavati probleme koje trenutno ne mogu ni najnapredniji računari.

Naravno, sva ta dešavanja ne znače da je komercijalna upotreba blizu, ali nam ostavlja prostora da napravimo pregled dokle se stiglo u razvoju kvantnih računara.

Veliki korak za Intel, mali za kvantne računare

Razvijanje računara baziranih na principima kvantne fizike sitnim koracima napreduje još od prošlog veka, a novi nalet intersovanja za ovu tehnologiju pojačan je poslednjih godina.

Pošto prvi potpuno funkcionalni kvantni računari nisu ni na vidiku, niti im je moguće precizno definisati namenu, ni jedna od velikih komapanija u ovoj trci stvari ne prepušta slučaju — ogromna finansijska sredstva se ulažu u istraživanje i razvoj, ispituju se mogućnosti za izgradnju hardvera, žuri se sa kreiranjem prvih aplikacija…

Na tom talasu je pred kraj 2017. godine nastao i prethodni Intelov čip koji je imao 17 kjubita. Osim toga, tehnološki gigant je već razvio sistem za sprečavanje mešanja radio talasa sa kjubitima (kako ne bi narušili njihovu arhitekturu), kao i takozvanu flip čip tehnologiju koja omogućava usmerenije i jače veze za primanje i slanje signala sa čipova.

A kako će prema Intelovom planu istraživači za pet do sedam godina razviti sisteme od 1.000 kjubita, jedan od ciljeva za budućnost im je da podignu temperature na kojima je arhitektura kjubita operativna (trenutno su one na niskih 20 milikelvina). U isto vreme, baš kao i konkurencija, i Intel intenzivno sadađuje sa manjim kompanijama kako bi testirao što više različitih softvera i hardvera za konstruisanje kvantnih računara, a svoj budžet za razvoj kvantnih sistema je podelio na dva glavna dela — jedan deo ide u superprovodnu arhitekturu kjubita, drugi u onu baziranu na silicijumu.

Na Intelovu žalost, industrija je trenutno više okrenuta superprovodnim kjubitima nego onim silicijumskim koji bi mogli da budu proizvedeni na sličan način kao tranzistori sa čijim konstruisanjem je proizvođač procesora odlično upoznat.

Za to vreme u komšijskom dvorištu…

Kao što smo pomenuli, jesenas su i Google i IBM imali razvijene prototipove kvantnih uređaja. Za Google je poznato da radi sa uređajima od 49 kjubita, ali i da je u oktobru sa kalifornijskim startapom Rigetti Computing (koji inače razvija tehnike mašinskog učenja uz pomoć kvantnih čipova) najavio OpenFermion, open source softver za kvantne računare.

Za to vreme IBM je napravio uređaj za komercijalnu upotrebu od pet kjubita, zatim od 20, pa je potom uspešno testirao i onaj od 50. Kompanija je čak omogućila developerima da istražuju mogućnosti kvantnih računara preko cloud platforme IBM Q.

Microsoft je takođe rešio da ne zaostaje, pa gradi kvantni računar na bazi anjona, a već je predstavio i svoj kvantni jezik namenjen develeporeima, Q#.

Međutim, na kvantnom igralištu se ne igraju samo veliki. Polovinom novembra Šveđani su najavili konstruisanje kvantnog računara od 100 kjubita, do kanadska kompanija D-Wave Systems već prodaje komercijalne kvantne računare (pomalo upitno).

Startap Quantum Circuits koji čine profesori sa Jejla koji su osmislili superprovodni metod koji koriste Google, IBM i Intel, razvija svoj računar, a startap IonQ temelji arhitekturu kjubita na atomima zarobljenim uz pomoć lasera. Pri tome su oni samo nekolicina.

Pravi presedan je, međutim, to što neke IBM-ove simulacije kažu da će za dostizanje kvantne nadmoći biti potrebno bar 57 kjubita pošto su uz pomoć klasičnih računara testirali 56 kjubita. Teorija je glasila da tako nešto prevazilazi sposobnosti savremenih računara. Odnosno, ispostavilo se da 50 nije dovoljno za pobedu.

Šta još treba da se desi?

Stari problemi kvantnog sveta su još uvek tu. Kako navode u IEEE Spectrumu, da bi komercijalno bili isplativi (u smislu da dovedu do distrupcije npr. farmaceutske industrije), kvantni računari treba da imaju bar milion kjubita.

Na to se nadovezuje činjenica da veći broj kjubita znači veći broj grešaka. Kjubiti ne ostaju dugo u kvantnom stanju, a kako degradiraju tako se povećava mogućnost nastanka grešaka. To dovodi do toga da je potrebno naći rešenje i to najverovatnije u vidu implementranja koda za njihovo ispravljlanje koji bi ujedno sprečio i ometanje osetljivih kvantnih stanja kjubita.

Postavlja se i pitanje primene softverskih algoritama na hardevru kvantnog računara, pri čemu se još ne zna ni koju vrstu aplikacija bi takva mašina mogla da pokreće i da li bi zaista bila u stanju da zameni klasične računare pošto dostigne kvantnu nadmoć.

Drugim rečima, slepa jurnjava za više kjubita nije poenta, već prevazilaženje problema krhkog hardvera — implementacija što većeg broja logičkih operacija u sistem kjubita, a da oni ne izgube koherentnost (stanje pre nego što spoljašnji uticaji pretvore kjubit u nulu ili jedinicu).

Teorijski je puno toga moguće, samo treba vremena da se premosti jaz između onoga što je postignuto i potpuno funkcionalnog kvantnog računara. U tome će proći još dosta vremena. Jer, pre nego što kvantni računar bude postavljen na stolove prosečnih korisnika mora da bude praktičniji od nečega što liči na steam punk mašinu sa gomilom cevi i žica kojoj su za funkcionisanje potrebne temperature niže od onih u svemiru. A upravo tako trenutno izgleda IBM-ov kvantni računar.


Pogledaj još i:

Uvod u kvantno računarstvo — oblast u koju ulažu svi ozbiljni igrači

U međuvremenu u Kini — uspešna kvantna teleportacija i prva kvantna računarska mreža

Kratak uvod u Internet stvari — gde smo, kuda idemo i kako da oblikujemo budućnost uz IoT