Kvantiniai kompiuteriai atvers neregėtas galimybes

Įsivaizduokite išradimą, kuris leistų tobulai nuspėti orus, sukurti mąstančias mašinas ar net atrasti nežemišką civilizaciją. Tokių svajonių būta daug, apie tai kalbama ir to siekiama. Tačiau kanadiečių mokslininkai skelbia, kad visa tai ir dar daugiau žmonija galės padaryti jau labai greitai, o tas ilgai lauktas išradimas – kvantinis kompiuteris.

Tai labai sudėtingas ir brangus mechanizmas, kuris, kaip tikimasi, ne tik padės buityje, bet galbūt ir praplės suvokimą apie pasaulį. Pavyzdžiui, ar kada susimąstėte, kad gal egzistuoja ir daugiau visatų, ne tik ši, kurioje gyvename?

Kompiuterio šerdyje šalčiau nei kosmose

Mokslo entuziastų dėmesį šiuo metu labai traukia kvantiniai kompiuteriai. Nors jų gamyba nepaprastai sudėtinga ir kelia neaiškumų, jau dabar tikimasi, kad ši technologija padės atrasti paralelias visatas, aplankyti kitų planetų gyventojus ir sukurti mašinas, protingesnes už žmones.

Mažame Kanados miestelyje Bernabyje ūžia neįprastas aparatas. Jo šerdyje –273 °C. Sakoma, kad tokio šalčio nerasi niekur kitur Visatoje. Bet būtent tiek jo reikia, kad galėtų pulsuoti kvantinis kompiuteris.

Fizikos mokslų daktaras Geordie Rose`as pasakoja, kad iš išorės jie atrodo kaip didžiuliai juodi monolitai, kaip 3,5 m aukščio metalinės dėžės. Jų viduje yra šaldikliai, kurie mikroschemas sušaldo iki absoliutaus nulio [0 laipsnių pagal Kelviną – LRT.lt]. Absoliutus nulis – tai šimtus kartų šalčiau, negu yra kosminėje erdvėje.

„Šiuose šaldytuvuose įmontuotas daiktas, vadinamas pulsuojančiu vamzdžiu. Jis mėgdžioja garsą (maždaug kartą per sekundę), kuris panašus į širdies plakimą. Tad, jei turi galimybę pabūti šalia šių kompiuterių, apima toks jausmas, kad stovi prie ateivių dievo altoriaus. Tai išties įspūdingi kompiuteriai“, – tikina jis.

G. Rose`as – prisiekęs dirbtinio intelekto entuziastas, buvęs imtynininkas, kuris dabar galynėjasi su laiku. Jis stengiasi priartinti tą dieną, kai jo įkurtos kompanijos „D-Wave“ sukurtas moderniausias kvantinis kompiuteris „D-Wave 2“ galės parodyti visą savo galybę. To laukia ir tokios organizacijos, kaip NASA ir „Google“, kurios jau nusipirko po tokį kompiuterį. Vienetas, beje, kainuoja 25 mln. litų.

„Ar verta investuoti? Nepamirškime, kad vieną „D-Wave 2“ nusipirko „Google“. Pavyzdžiui, jie dabar labai suinteresuoti robotika, todėl superka didžiausius robotikos projektus, „startupus“ ir t. t. Matyti, kad „Google“ ruošiasi kažkam dideliam“, – svarsto žurnalo „Naujoji komunikacija“ vyr. redaktorius Adomas Rutkauskas.

Dabartinis kompiuteris tėra „arklys“

Taigi kuo skiriasi kvantinis kompiuteris nuo to, kuris padėtas ant jūsų darbo stalo? Pamėginsime atsakyti kuo paprasčiau: klasikinis kompiuteris apdoroja duomenis, vadinamus bitais. Tai – informacijos vienetai, kurie gali būti pažymėti skaičiais 1 arba 0. Šiomis dviejų skaičių kombinacijomis ir remiasi skaitmeninė informacija.

O kvantiniai kompiuteriai apdoroja kvantinius bitus. Įprasti bitai, kaip minėjome, gali būti tik 1 arba 0, o kvantiniai jų pusbroliai gali būti ir 1, ir 0 vienu metu. Ką tai reiškia? Ogi tai, kad toks kompiuteris iškart gali priimti daug daugiau informacijos ir atlikti daugiau veiksmų.

Įsivaizduokime: kiekvieną akimirką gyvenime tenka rinktis vieną iš kelių sprendimų. Štai kartais vienu metu norisi ir valgyti, ir pagroti gitara, bet, žiūrėk, jau pats laikas į taisyklą vežti automobilį. Ką daryti? Greičiausiai tektų sėsti į automobilį. Tačiau, jei šiai situacijai galėtumėte pritaikyti kvantinę teoriją, būtumėte visiškai ramus, nes vienu metu ir važiuotumėte, ir valgytumėte, ir grotumėte. Ir ne dėl to, kad visa tai darytumėte vairuodamas (būtų labai pavojinga), o dėl to, kad vienu metu būtumėte skirtingose vietose. Panašiai ir turėtų veikti kvantinis kompiuteris. Skamba keistai? Palaukit, dar ne viskas! G. Rose`as jūsų naujausią planšetinį kompiuterį nepagarbiai vadina arkliu.

„Arklys gali arba galėtų lenktynėse aplenkti pirmąjį brolių Wrightų lėktuvą. Tačiau lėktuvas nėra greitesnis arklys. Lėktuvas – kitokio pobūdžio mechanizmas, pranašesnis dėl trečiojo išmatavimo, kurį mums suteikia gamta, – aukščio. Todėl tai leidžia lėktuvui atlikti daug didesnių dalykų, negu pasiūlytų bet kuris arklys. Kad ir kokį greitą arklį išveistum, jis niekada neskraidys“, – lygina fizikas.

Už įprastus kompiuterius greitesni kelis tūkstančius kartų

Kvantinio kompiuterio šerdyje yra nago dydžio mikroschema, kuri vienu metu atlieka daugiau operacijų, negu Visatoje yra atomų. Maža to, kompiuterio autoriai kiekvienais metais dvigubina jame esančių kvantinių bitų skaičių (šiuo metu jų yra 512). Tad ką konkretaus ši technologija duoda be to, kad pasijunti visišku darželinuku, bandydamas visa tai suprasti?

Ogi štai kaip: kadangi kompiuteris vienu mato daugybę tikimybių ir atlieka tiek pat daug apskaičiavimų, kur kas greičiau veikia ir daugiau aprėpia: po vieno testo išaiškėjo, kad jis už įprastą kompiuterį greitesnis 3 600 kartų.

Tad netolimoje ateityje ir tikimasi kvantinius kompiuterius taip ištobulinti, kad būtų galima įvairiai palengvinti gyvenimą. Pavyzdžiui, toks kompiuteris galės greitai sužinoti, koks visame mieste eismas, ir parinkti greičiausią maršrutą. Tirdami žmogaus kūną, kvantiniai kompiuteriai greičiau aptiks vėžio ląsteles ir galės stebėti, kaip vystosi kitos ligos. Kvantiniai teleskopai matys daugybę dangaus kūnų išsyk, anksčiau pastebės Žemės link skriejančius pavojingus nekviestus svečius. Maža to, tikimasi greičiau atrasti tinkamą gyvybei planetą ir gal net nuvykti. Taip pat gyventojams bus anksčiau ir greičiau pranešama apie artėjantį uraganą, potvynį ar kitą stichinę nelaimę. Ir taip toliau.

A. Rutkauskas sako, kad naujų technologijų reikia, nes šiandien gauname tiek daug informacijos, kad jau sunku ją suvaldyti. Pavyzdžiui, per vieną minutę į „Youtube“ įkeliama 100 valandų vaizdinės medžiagos. O jei būtų priimtas įstatymas, kad dėl privatumo negalima filmuoti namuose, tad „Youtube“ turėtų pertikrinti visus vaizdo klipus ir rasti, kur filmuota namų aplinkoje, šiuolaikinėmis technologijomis tai užtruktų labai ilgai. Bet kvantinis kompiuteris tai padarytų daug greičiau.

„Pirmasis kompiuteris ENIAC, sukurtas 1945 m., užėmė keturis kambarius, ir aš net neatsimenu, kiek jis tonų svėrė. Be abejo, kvantiniam kompiuteriui reikės atitinkamų išskirtinių sąlygų, sugrūsti jį į nedidelę įprasto kompiuterio dėžę nebus paprasta ir nemanau, kad tai nutiktų. Bet technologijos visą laiką paprastėja, mažėja, pinga, tad kada nors tai turėtų pasikeisti. Nors kiekvienas ant savo stalo kvantinio kompiuterio greičiausiai neturės“, – kalba A. Rutkauskas.

Panaudojimo galimybės – beribės

Kvantinį kompiuterį šiuo metu įsigijo kelios kompanijos. „Lockheed Martin“ planuoja į lėktuvus įdiegti sudėtingas saugumo programas, kurių įprasti kompiuteriai negalėtų pakelti. „Google“ tikisi ištobulinti automobilius, kurie vairuotų patys ir atskirtų, kur kelyje kita mašina, o kur – pasibaidžiusi karvė, ežys ar pelkė. Kvantinį kompiuterį turi ir neaišku ką su juo daro ir viena amerikiečių žvalgybos agentūra, kurią pardavėjai atsisako įvardyti. O ko iš kvantinio kompiuterio tikisi NASA, pasilaikykime desertui. Bus tikrai įdomu.

Kol kas prisiminkime, kad viso to nebūtų be kvantinės fizikos. Štai vienas pirmųjų šios teorijos kūrėjų Erwinas Schrödingeris šį dalyką apsakė pasitelkdamas savo žymųjį pavyzdį. Įsivaizduokime, kad į dėžę pasodiname katę, dėžę uždarome ir nematome, kas ten vyksta toliau. O toje dėžėje dar padėtas galintis sukelti radiaciją šaltinis ir buteliukas su nuodingais garais. Jei radiacija pasiekia tam tikrą tašką, buteliukas sudūžta, nuodai pasklinda, ir vargšė katė iškart išnaudoja visus devynis savo gyvenimus. Tačiau įdomu tai, kad radioaktyvumo išsiskyrimas nėra pastovus – tikimybė yra 50 proc. Tad tol, kol neatidarome dėžės, nežinome, ar katė gyva, ar nebe.

Tas nežinios momentas vadinamas superpozicija – kai katė teoriškai vienu metu gali būti ir gyva, ir negyva. Superpozicija baigiasi, kai pagaliau atidarome dėžę ir pamatome, kaip yra iš tikrųjų. Kvantinis kompiuteris tą superpoziciją ir paverčia tikrove.

Fizikos mokslų profesorius Juozas Vaitkus primena, kad užpernai už kvantinių sistemų tyrimus prancūzo ir amerikiečio komanda gavo Nobelio premiją. „Jie kaip tik pademonstravo tos E. Schrödingerio katės analogą, tik vietoj katės naudojo atskirus atomus ir kontroliavo, kokioje būsenoje yra tas atomas, iš esmės jo visiškai nepaveikiant“, – aiškina J. Vaitkus.

Kitaip tariant, sako profesorius, atomas patenka į mikrobangų lauką ir tas laukas šiek tiek pasikeičia vien dėl to, kad ten yra atomas ar du, ar išvis nėra jokio atomo: „Kadangi atomas nepasikeičia toje sąveikoje, nei visa sistema keičiama, iš to išeina, kad buvo sugalvotos tokios subtilios eksperimentinės priemonės, kaip nustatyti, kokioje būsenoje yra atomas tame mikrobangų rezonatoriuje.“

Taigi, anot J. Vaitkaus, dėžutė, kurioje buvo katė, yra tas rezonatorius, o katės vaidmenį atlieka atomas. Tokiu būdu, panaudojant labai subtilias sąveikas, nepakeitus sistemos, kitaip sakant, neišardžius dėžutės, galima pasakyti, ar katė yra gyva, ar negyva.

Realybė ar fantastika?

Dabar ženkime į mokslinės fantastikos sritį. Ar įmanoma, kad ši realybė ir Visata yra ne vienintelės ir iš tikrųjų egzistuoja daugiau pasaulių, tikrovių ir Visatų? Galvoje nesutelpantys klausimai. Bet juokingiausia, kad rimti vyrai, tokie kaip G. Rose`as, tuo tiki ir net prognozuoja, kad iki 2023 m. kvantinis kompiuteris tai patvirtins!

„Tai gali atrodyti šiek tiek keista tiems, kurie nesidomi teorine fizika, bet neabejotinai prognozuojama, kad bus patvirtinta gamtamokslio teorija, jog egzistuoja protu sunkiai suvokiamas skaičius šalia esančių tikrovių, tokių pat realių, kaip mūsiškė. Tai keista, nes mes nematome tų kitų tikrovių“, – įsitikinęs G. Rose`as.

Vis dėlto J. Vaitkus ir nemažai kitų pasaulio mokslininkų tokias kalbas palieka vaizduotei, o ne mokslui. „Aš esu labai skeptiškas vien dėl to, kad nėra galima kvantinės teorijos modelių labai formaliai perkėlinėti į ne iki galo suprastas sritis. Nes kai pradedama kalbėti apie paralelias visatas, pereinama prie Didžiojo sprogimo, kuris prasidėjo nuo tam tikro singuliarinio taško, kurio savybės buvo sprendžiamos kvantinėmis asiliacijomis“, – pastebi profesorius.

Jo nuomone, kalbos, ar tas taškas buvo tik vienas, ar kažkiek daugiau, yra sritis, kuri neturi jokio pagrindo, išskyrus vaizduotę.

Už žmones protingesnės mašinos ir gyvi pliušiniai žaislai

O dabar – žadėtas atsakymas, ką su kvantiniu kompiuteriu veikia NASA. Kaip aiškina G. Rose`as, NASA tyrimų centras šiuo metu mėgina sukurti protingas mašinas, daug protingesnes už žmones! Jei šaipotės iš filmų apie robotus, kurie tapo tokie protingi, kad sukilo prieš savo kūrėjus, prašau, paguoskite tuos, kurie išsigando šių G. Rose`o žodžių.

„Manau, kad žmonija pasiekė pačią technologijų ir visuomenės revoliucijos viršūnę. Mes pasieksime tai, kad mašinos, kurias sukursime, mus pranoks visose srityse. Nekalbu apie geresnius skaičiuotuvus, greitesnes naršykles. Turiu omenyje viską ir, mano manymu, mes esame labai arti šito“, – įsitikinęs G. Rose`as.

Taigi, jei G. Rose`as teisus, po 15 metų pliušiniai meškinai ne tik šypsosis, bet jau ir kalbės, seks pasakas, vaikščios bei atliks vaikų namų darbus. Klausimas – ar norime tokios ateities? Tik įsivaizduokite, kad tokius radijo pasakojimus, kaip šis, rengs ne žurnalistai, o šimtąkart už juos protingesni robotai, o žmonės jiems tik neš arbatą (arba tepalus)... Nelabai smagus vaizdelis.

Vis dėlto, kalbant apie keistą ateitį ir jos laukimą, kartais pasiteisina filosofinė mintis – vienaip daiktus matome, bet yra jie kitokie. Tad optimistiškos prognozės gali virsti visai kitokiais dalykais. Kaip yra pasakęs Mėnulyje išsilaipinęs astronautas Buzzas Aldrinas: „Jūs man žadėjote Marso kolonijas, bet gavau „Facebook“.