A kvantumszámítógép alapvetően másképp működik - Peter Diamandis írása

EGY ÚJFAJTA SZÁMÍTÓGÉP
A kvantumszámítógép alapvetően másképp működik, mint a klasszikus számítógép.

A klasszikus számítástechnikában a "bit" a bináris információ egy apró darabkája: vagy 1 vagy 0.

A "qubit" - vagy kvantumbit - ennek az elképzelésnek az újabb változata. A bináris bitekkel ellentétben, amelyek vagy-vagy forgatókönyvek, a qubitek "szuperpozíciót" használnak. Ez lehetővé teszi számukra, hogy egyszerre több állapotban legyenek.

Gondoljunk csak az érme feldobásának két lehetőségére: fej vagy írás. Most gondoljunk egy pörgő érmére, ahol mindkét állapot egyszerre villan fel. Ez a szuperpozíció.

A szuperpozíció erőt jelent. Nagyon sok energiát.

Míg egy klasszikus számítógépnek több ezer lépésre van szüksége egy nehéz feladat megoldásához, addig egy kvantumszámítógép ugyanezt a feladatot mindössze két-három lépésben tudja elvégezni.

Hogy ezt érthetően szemléltessük, az IBM Deep Blue-ja másodpercenként 200 millió lépés vizsgálatával képes volt legyőzni Garri Kaszparov sakkvilágbajnokot.

Egy kvantumgép ezt a számot akár egy trillióra vagy még többre is fel tudja tornászni.

Az IBM legnagyobb kvantumszámítógépe 65 qubittal rendelkezik. A vállalat pedig épp tavaly jelentette be, hogy 2023-ig 1000 qubites számítógépet tervez építeni. 

A GOOGLE KVANTUMFÖLÉNYE
Ha egy kvantumszámítógép sokkal nagyobb teljesítményű, mint egy klasszikus számítógép, akkor a Google kvantumszupremácia bejelentése hatalmas változást jelent a számítástechnika jövője szempontjából.

A Google kutatócsoportja a Sycamore nevű, 53 qubitből álló chippel rendelkező gép segítségével egy véletlenszerű áramkör-mintavételezésnek nevezett feladatot tudott végrehajtani.

Ez azt jelenti, hogy véletlenszerű műveleteket hajtanak végre a qubiteken, "szó szerint úgy, mintha a programjuk kódját véletlenszerűen választanák ki" - magyarázta Bill Fefferman, a Chicagói Egyetem informatikusa.

Ezután az összes qubit értékét megmérték, és az egész folyamatot többször megismételték. Az így kapott eloszlás a kvantumhatások miatt nem véletlenszerű, és a klasszikus számítógépekkel való kiszámítása óriási kihívás (nem is beszélve az időigényességről).

A Sycamore-nak végül 200 másodpercbe telt, hogy egymilliószor megismételje a mintavételi folyamatot, míg egy csúcsminőségű klasszikus szuperszámítógépnek közel 10 000 évbe telne ugyanezt a folyamatot elvégezni.

A Sycamore chip kisebb változatát (mindössze 12 qubit) kémiai reakciók szimulálására használták, ami olyan hasznos felfedezésekhez vezethet, mint a jobb akkumulátorok, műtrágyák és szénmegkötési technikák. 

A Google azonban messze nincs egyedül a skálázható kvantumfölényért folytatott versenyben... 

A RIGETTI TÖRTÉNETE
Az univerzum leghidegebb helye a napsütötte Kaliforniában található.

Berkeley külvárosában, egy túlméretezett raktárépület belsejében egy nagy fehér cső lóg. Ez egy ember alkotta szerkezet, egy új generációs kriogén hűtőszekrény, amelyet 0,003 kelvinre, vagyis az abszolút nulla foktól északra hűtöttek.

A cső a Rigetti Computingé, a következő versenyzőé, aki hasznos kvantumszámítógépeket akar építeni.

A cég 2013-ban indult, amikor egy Chad Rigetti nevű fizikus úgy döntött, hogy a kvantumszámítógépek sokkal közelebb vannak a főműsoridőhöz, mint azt sokan sejtették, és ő akar lenni az, aki a technológiát a célvonal fölé tolja.

Víziója megvalósítása érdekében Rigetti otthagyta kényelmes állását az IBM kvantumkutatójaként, közel 200 millió dolláros finanszírozást gyűjtött össze az eddigi időkre, és megépítette a történelem leghidegebb csövét. Több mint ötven szabadalmi bejelentéssel később Rigetti ma már integrált kvantumáramköröket gyárt, amelyek közvetlenül kapcsolódnak egy felhőben lévő kvantumszámítógéphez.

A Rigetti egyik legnagyobb és legizgalmasabb aspektusa azonban az, hogy a kvantumszámítástechnika demokratizálására törekszik.

Jelenleg, ha a Rigetti weboldalára látogat, letöltheti a Forest, a kvantumfejlesztői készletüket. A készlet felhasználóbarát felületet biztosít a kvantumvilághoz.

Segítségével szinte bárki írhat programot, és futtathatja azt a Rigetti 8-tól 31 qubitig terjedő számítógépein. Eddig már több mint 120 millió programot futtattak le a gépeiken.

És más cégek is gyorsan követik a példájukat, hiszen a Microsoft, az IBM és a Google már kvantumfelhő-szolgáltatásokat is bevezetett.

SZÓVAL, HOL TARTUNK MOST, ÉS HOVÁ TARTUNK?
A kvantumszámítástechnikai közösségen belül maga a "kvantumfölény" fogalma is vizsgálat tárgyát képezi. A "szupremácia" azt jelenti, hogy a kvantumszámítógépek a hagyományos számítások helyébe lépnek, nem pedig kiegészítésként szolgálnak.

Ezzel szemben egy másik gyakran használt kifejezés (Rigetti javaslata) a "kvantumelőny". A cég szerint ez a fogalom akkor mutatkozik meg, ha egy kvantumszámítógépes platformon futtatott algoritmus "vagy gyorsabb idővel rendelkezik a megoldásig, vagy jobb minőségű megoldással, vagy alacsonyabb a klasszikus számítási költsége a legjobb klasszikus algoritmushoz képest".

A kvantumszámítás mindkét esetben óriási mennyiségi előnyöket kínál a klasszikus számítógépekkel szemben számos problématerületen.

A méretarányok érzékeltetésére: ha az univerzum összes atomja egy-egy bit információ tárolására lenne képes, akkor egy 80 qubites számítógép nagyobb információ-tárolási kapacitással rendelkezne, mint az univerzum összes atomja.

A jelenlegi legmodernebb kvantumszámítógépek, köztük a Google Sycamore és az IBM Hummingbird már 53, illetve 65 qubitet számlálnak.

Mégis, ma még nincs konkrét elképzelésünk arról, hogy milyen újítások születhetnek, ha a kvantumszámítástechnika méretarányosan kiforrottá válik. De amit tudunk, az izgalmas.

Mivel a kémia és a fizika kvantumfolyamatok, a qubitekben történő számítás az oxfordi Simon Benjamin szerint "az új anyagok, új vegyi anyagok és új gyógyszerek felfedezésének aranykorát" fogja elindítani.

Ez félresöpri majd a mai számítástechnikai korlátokat a mesterséges intelligenciával szemben, alapvetően átalakítja a kiberbiztonságot, és lehetővé teszi számunkra, hogy soha nem látott összetettségű rendszereket szimuláljunk.

Ahogy Chad Rigetti kifejti: "[A technológia] megváltoztatja a kutatás és fejlesztés gazdaságosságát. Tegyük fel, hogy egy új rákgyógyszert próbálsz létrehozni. Ahelyett, hogy egy nagyszabású nedves laboratóriumot építenél, hogy kémcsövekben vizsgáld meg több százezer vegyület tulajdonságait, képes leszel arra, hogy a feltárás nagy részét egy számítógépen belül végezd el.

Más szóval, a kísérleti kérdések és bármely új megoldás - legyen az új gyógyszer, optimalizált anyag vagy személyre szabott termék - közötti szakadék hamarosan sokkal kisebb lesz.

Készülj fel! Elkezdődött a demokratizált, skálázható és felhőből elérhető kvantumszámítás korszaka.

© PHD Ventures, 800 Corporate Pointe, Culver City, California, 90230, United States 
Photo by Michael Dziedzic on Unsplash