מחשבים קוונטיים, בתיאוריה, עשויים לחולל מהפכה במחשוב. אבל זה לא יקרה בעתיד הנראה לעין, וההצהרות של גוגל בנוגע להשגת "עליונות קוונטית" הן הייפ למען הייפ.
מחשבים קוונטיים יוכלו לבצע משימות שלוקח אלפי שנים למחשבים לא קוונטיים. אולם היכולות הטכניות של מוצרים חדשים מוגבלות. ניסיונות להראות את יתרונותיהם על פני מחשבים קלאסיים - מה שנקרא עליונות קוונטית - אינם עומדים בביקורת רצינית. בואו ננסה להבין מדוע.
מה שנותן מחשב קוונטי
בעת עבודה, מחשב קוונטי אינו מסתמך על סיביות, כמחשב רגיל, אלא על קוויביט (סיביות קוונטיות). לביט יש ערך 0 או 1, אך הקיביט יכול להיות במצבים | 0⟩ ו | 1⟩, כמו גם בסופרפוזיציה שלהם. כלומר, עם הסתברות מסוימת, ערכו יכול להיות בו זמנית אנלוגי של אפס, או אנלוגי של אחד. במילים אחרות, במקום המצב הרגיל, אפס או ערך אחד מתואר על ידי משתנה רציף, מה שנקרא משרעת קוונטית. מחשב טיפוסי עם תריסר סיביות עבודה יכול להיות בעל עוצמה של 2 עד העשירית של מצבים פשוטים ברורים (בסדר גודל של אלף). לקוונטים יהיה אותו מספר משתנים רציפים: כלומר, "התוכן" שלו יהיה מורכב יותר באופן קיצוני.
זה מראה שאפילו קיביט בסיסי הוא הרבה יותר מורכב מקצת רגילה. מורכבת לא פחות היא האינטראקציה של סיביות קוונטיות ביחס לאלה הרגילים. אם לביט אחד יכול להיות בעל הסתברות מסוימת שני ערכים שונים בבת אחת, בפעולה אחת איתו תוכל לעבד את שני המצבים האפשריים הללו בו זמנית. בשל כך, קבוצות של qubits צריכות להשיג עליונות חישובית עצומה על פני קבוצות של סיביות רגילות. כמובן שניתן להשיג עליונות רק בעזרת אלגוריתמים מיוחדים שיכולים לקחת בחשבון את היכולות החדשות של מחשבים קוונטיים.
ההשפעה הגדולה ביותר של מחשוב קוונטי תיתן בתחום הרשתות העצביות, הקשורות כיום לאפשרות ליצור בינה מלאכותית, הדומה לטבעית. האלגוריתם הקוונטי של שור מאפשר לך לחשב במהירות מספרים גדולים. המשמעות היא שהוא יכול "לשבור" את רוב מערכות ההצפנה החזקות הקיימות.
אז אתה יכול לפרוץ כרטיס אשראי, ואפילו להתחרות על הארנק של מישהו אחר עם מטבעות קריפטוגרפיים. יש עוד הרבה יישומים אפשריים של מחשוב קוונטי, אבל בינה מלאכותית ושבירת הצפנה הם כיום המובנים ביותר מבחינה תיאורטית.
למה הם עדיין לא השתלטו על העולם
למרות כל זאת, עדיין אין מחשבים קוונטיים יעילים מספיק. הבה נדגיש: ברמה הטכנית הקיימת, בדרך כלל לא ידוע מתי הם עשויים להופיע. יתר על כן, בקרב מדענים, כולל אלה הרוסים, יש מי שרואה בבעיה זו בלתי פתירה מיסודה עבור מחשבים קוונטיים ממש גדולים.
העובדה היא כי המחשב הקוונטי הקטן ביותר המעשי, חייב להיות בין אלף למאה אלף קוויביט. המשמעות היא שיהיו בו לפחות 2 אלפית משתנים רציפים - או בערך 10 עד שלוש המאה. מספר כל החלקיקים ביקום הוא פחות מ -10 לעוצמה המאה. כלומר, מספר המצבים הרציפים במחשב הקוונטי בעל הספק שימושי יהיה כזה שהפעלתו כמעט בלתי אפשרית לשליטה ותהפוך אותו ללא מספיק שגיאות.
מספר המצבים הרציפים במחשב הקוונטי בעל הספק שימושי יהיה כזה שהפעלתו כמעט בלתי אפשרית לשליטה ותגרום לו להיות נטול שגיאות מספיק.
אם אלף סיביות במחשב רגיל יכולות להכיל מספר קטן של שגיאות עקב פעולה לא נכונה של ביט אחד (טרנזיסטור), ניתן לתקן זאת בקלות על ידי שכפול: המעבד פועל "עוקף" את הסיביות המופעלות בצורה לא נכונה. עם זאת, אי אפשר כל הזמן להפעיל חישובים עוקפים את המשתנה הרציף "הלא נכון". משתנה הוא הרבה יותר מורכב מאפס פשוט או אחד. זהו כוחו של מחשב קוונטי וחולשתו. בשל המורכבות הזו של ערך הקיביט, קשה עד כדי כך לשלוט בשגיאות אפשריות בו.
כדי לפתור את הבעיה, מוצעת אפשרות לתיקון שגיאות. אם ההסתברות לשגיאה בעת החלפת qubit אינה גבוהה מערך מסוים, ניתן לפצל קיביט לוגי אחד למספר פיסיות ולנסות לתקן את השגיאות "צעד אחר צעד", מכיוון שקל יותר לעשות זאת על ידי חלוקת המשימה לשלבים. זה נראה כמו פתרון טוב. עם זאת, בסופו של דבר, מחשב קוונטי שימושי יתחיל לא מאלף, אלא ממיליון קוויביט. כלומר, משימת השליטה בטעויות שלו תהיה שוב קשה הרבה יותר.
בגלל כל זה, הוועדה למאבק בפסאודו -מדע של האקדמיה הרוסית למדעים פרסמה זמן רב חומר הקובע כי מחשבים קוונטיים גדולים ולכן שימושיים למעשה לא יפותחו בעתיד הנראה לעין. כלומר, כן, מבחינה תיאורטית הם אפשריים (כמו למשל, לנוע מהר יותר ממהירות האור), אך למעשה אין דרכים מעשיות לכך.
במה גוגל מתגאה
חוקרים בענקית האינטרנט האמריקאית פרסמו מאמר ב- Nature ובו אמרו שהם הראו - לראשונה בהיסטוריה העולמית - "עליונות קוונטית". כלומר, הם הציגו מחשב קוונטי כזה שיכול לפתור בעיה שהיא כמעט בלתי פתירה עבור מחשבי על רגילים.
לשם כך הם השתמשו במעבד הקוונטי השקמה עם 54 קוביט בבת אחת, מתוכם 53 ניתן להשתמש בו זמנית. עצם יצירת המעבד הזה היא הישג יוצא מן הכלל. המספר הכולל של המשתנים הרציפים שלו הוא 9 007 199 254 740 992 (2 לחזק של 53). זה תשעה רביעיון (מיליון מיליארד). שליטה בשגיאות חישוביות במעבד כזה היא קשה להפליא. שגוגל הצליחה לייצר מעבד זה בכלל הוא הישג אדיר, בחזית מה שאפשר לאנושות כיום.
אבל, כפי שציינו לעיל, מחשב קוונטי שימושי למעשה מתחיל מאלף קוויביט ללא תיקון שגיאות וממיליון קוויביט איתו. לפיכך, שקמה אפילו לא יכולה להתקרב לאספקת מחשב קוונטי שימושי.
כיצד גוגל השתמשה בו כדי להוכיח "עליונות קוונטית" על פני מחשבים קלאסיים? פשוט: חוקרי החברה בחרו במיוחד עבורו משימה שבה מחשב קוונטי צריך להתמודד הרבה יותר טוב מהרגיל. רצף של פקודות הוכנס למחשב, לאחר ביצוען נקראו שורות של 53 מספרים, שכל אחת מהן תואמת את מצב הקיוביטים של המעבד. משימה זו בוצעה פעמים רבות - על פי אותו עיקרון כמו בתוכנית הבנצ'מרק במחשב רגיל.
חוקרי החברה בחרו במיוחד עבורו משימה, שבה מחשב קוונטי צריך להתמודד הרבה יותר טוב מהרגיל.
לאחר רישום התוצאות הן הושוו לסטטיסטיקה הצפויה לבצע בדיקה כזו. מכיוון שהמדד ביצע רצפים ידועים של פקודות, ניתן לחזות את הנתונים הסטטיסטיים של התוצאות בדיוק גבוה למדי.
הבדיקה עצמה, שתוארה לעיל, היא טהורה "אמת מידה למען מדד". אין לו יישום מעשי מתקבל על הדעת. אך מחברי המאמר המקביל ב"טבע "שעבדו עבור גוגל, באמצעות מדד זה, הצליחו לציין את הדברים הבאים:
"מעבד השקמה שלנו [השלים את משימת הבדיקה] תוך 200 שניות … המדדים שלנו מצביעים על כך שמשימה דומה למחשב על קלאסי תימשך כ -10 אלף שנים. הקפיצה הזו במהירות, מימוש ניסיוני של עליונות קוונטית ".
כמובן שאם מישהו מבצע משימה אחת תוך 200 שניות, ואחר בעשרת אלפים, הרי שהעליונות ברורה.במקרה זה, "עליונות קוונטית". אחרי הכל, הוא מוגדר כיכולת של מחשב קוונטי לעשות מה שמחשב רגיל כמעט לא מסוגל לעשות. מחשבי העל המודרניים יתפרקו לפני עשרת אלפים שנות פעילות רציפה, כלומר הם לא יכולים להשלים את משימת השקמה כלל.
מדוע גוגל גאה בכך לשווא
זה נראה פשוט. האנשים שעובדים עבור גוגל בנו מחשב ללא שימוש מעשי ואספו עבורו משימה שמחשב קוונטי - אפילו חסר תועלת בחישוב מעשי - עדיין צריך לעשות את זה טוב יותר ממחשב על רגיל. כאילו לקחנו את האלוף ברגל אחת ונתנו לו להתחרות מול יוסיין בולט, אוסרנו עליו להשתמש ברגל השנייה. זה נראה קצת לא הגון, אבל רשמית-כן, רגל אחת הראתה יתרון על פני שתי הרגליים.
לא באמת. כפי שצוין על ידי חוקרים מ- IBM, מחברי העבודה ב"טבע "שיחקו יחד עם פרי יצירתו של גוגל. הם העריכו את ביצוע תוכנית הבדיקה על ידי שקמה, מתוך הנחה שמחשב על קלאסי יסמוך על אותן הוראות באמצעות זיכרון RAM. עם זאת, במציאות, למחשבי -על ולמחשבים יש בדרך כלל יותר מסתם זיכרון גישה אקראי.
אנשי IBM הבינו שאם מחשב -על משתמש גם בזיכרון RAM וגם בדיסקים קשיחים בעת ביצוע אותה בדיקה, הוא יכול לבצע זאת תוך יומיים, חמישה ימים או כמה מאות אלפי שניות. זה איטי פי אלף, כלומר, אנחנו כבר לא מדברים על "עליונות קוונטית" במובן המילולי.
כמובן, מעבד קוונטי ביצע משימה שהתמחתה לכך פי אלף מהר יותר מאשר קלאסית. אבל מה הטעם אם אין בעיות כאלה בכלל מחוץ לאמות המידה ל"הוכחת "עליונותם של מחשבים קוונטיים?
אבל מה הטעם אם אין בעיות כאלה בכלל מחוץ לאמות המידה ל"הוכחת "עליונותם של מחשבים קוונטיים?
לסיכום: גוגל ניסתה לחתוך את ההייפ על "הוכחת העליונות הקוונטית" ושיתפה את הטבע במיזם המפוקפק שלה. למעשה, לא היו עדויות לעליונות קוונטית.
יתר על כן, גם חוקרים רוסים וגם IBM מטילים ספק בכלל שמחשבים קוונטיים יראו אי פעם עליונות מעשית על פני קלאסיות בעתיד שאפשר להעלות על הדעת. הם יוסיפו - כן, אבל אין לצפות מהם לניסים. במאה זו לא תתבצע בינה מלאכותית על בסיסם וכרטיס החיוב או ארנק הקריפטו שלך לא ייפרצו. היזהר לא לסמוך על כותרות סנסציוניות מבלי לבדוק את כל מה שמתחתיה עד הסוף.