Гүүгл /Google/ компани квант компьютер дээр тооцоолол хийснээр ийм төрлийн компьютерийн шинэ эрин үеийг нээхэд тун ойртлоо. "Сонгодог” суперкомпьютероор 10 мянган жилийн турш хийнэ гэж эрдэмтдийн үзэж байсан тооцооллыг квант компьютер хэдхэн минутын дотор гүйцэтгэсэн байна. Гэхдээ маргааш гэхэд ийм компьютерийг  таны ширээн дээр авчраад тавина гэсэн үг биш ээ. Яагаад тэр билээ? Үүний учрыг Их Британийн “Nature” сэтгүүлд Элизабет Гибни (Elizabeth Gibney)-гийн бичсэн дорх нийтлэлийг уншсанаар мэдэх боломжтой.

Квантын давуу талыг бий болгосноор удаан хүлээлгэсэн квантын тооцооллын эрин үеийн эхлэлийн цэгийг тавьж чадсан гэдгээ Google-ийн эрдэмтэд мэдэгдлээ. 5 долоо хоногийн өмнө интернэт сүлжээнд энэ тухай зарласан боловч тухайн үед Google компанийн удирдлага тайлбар өгөхөөс татгалзсан юм.    

Калифорнийн их сургуулийн туршилтын физикч Жон Мартинис-ийн удирдсан багийнхан Маунтин-Вью хот дахь Гүүглийн төв байран дахь  квант компьютерийг ашиглан өнөөгийн сонгодог компьютерийн боломжоос давсан тооцооллыг хийж чадлаа. Бидний ашиглаж буй хамгийн орчин үеийн суперкомпьютероор уг тооцооллыг хийхэд 10 мянган жилийн хугацаа шаардагдах аж.

Квант компьютерүүд нь ердийн компьютерүүдээс давуу гэдгийг баталдаг учраас квантын давуу тал гэдэг чухал ач холбогдолтой юм. Хэдийгээр тодорхой ганцхан тохиолдолд квантын давуу талыг бий болгосон боловч хамгийн гол нь, төвөгтэй хүнд бодлогыг бодоход квантын механикийг ашиглах боломжтой гэдгийг физикчид баталж чадлаа. 

Энэ амжилтын талаар хамгийн түрүүнд “Файнэншл Таймс” сонин 9 дүгээр сард мэдээлсэн бол Гүүглийн түнш болох НАСА өөрийн цахим хуудсанд уг мэдээллийн эхний хувилбарыг нийтэлжээ. Гэвч тун удалгүй уг мэдээллийг устгаж арилгасан байна. Гүүгл компани ийм нийтлэл гарсан гэдгийг батлаагүй ба ямар ч тайлбар өгсөнгүй.

“Санамсаргүй тоонуудын квантын генераторын өгөгдлүүдийг хянан тохируулах” гэдэг нэртэй тооцоолох үйлдлийг туршилтын явцад хийсэн байна. Энэ нь практикт маш хязгаарлагдмал хүрээнд хэрэглэгддэг тооцоолол бөгөөд хэрвээ өгөгдлүүд үнэн зөв байвал энэ нь шинжлэх ухаанд асар том ололт болно гэж Техасын их сургуулийн онолын программ зохиогч Скотт Ааронсон ярьж байна.  

Гүүглээс бусад компаниудын судлаачид сонгодог алгоритмуудыг сайжруулан шинэчлэх замаар 10 мянган жилийн хоцрогдлыг багасгахаар ажиллаж байна. Квантын компьютер зохион бүтээх талаар Гүүглтэй өрсөлдөж буй IBM компани 10 дугаар сарын 21-нд гаргасан нийтлэлдээ “дээрх хэцүү бодлогыг сонгодог компьютер ашиглан 2 өдөр хагасын дотор бодох боломжтой” гэсэн байна. Харин уг нийтлэлийн талаар шинжээчид ямар нэгэн дүгнэлт хийсэнгүй. Хэрвээ IBM-ийнхэн үнэн ярьж байгаа бол, квантын давуу талыг харуулах зорилго тээсэн Гүүглийн судлаачдын амжилтыг доош даран бүдэгрүүлсэн хэрэг болох юм. Тодруулбал, квантын компьютер нь ердийн компьютероос илүү хурдтайгаар тооцооллыг хийдэг боловч ердийн компьютерт гүйцэгдэхийн аргагүйгээр хурдан хийж чадахгүй байна гэсэн үг.  

Гэхдээ ямар ч байсан энэ бол маш том дэвшил мөн гэж Австралийн Сидней дэх Шинэ Өмнөд Уэльсийн их сургуулийн квантын физикч Мишель Симмонс дүгнэж байна.

Тооцооллыг асар хурдан гүйцэтгэх нь

Квантын компьютер нь бүтцээрээ ердийн компьютероос зарчмын хувьд эрс өөр юм. Сонгодог компьютерийн бит нь 1 ба 0 гэсэн тооноос бүрддэг бол квантын бит нь кубит бөгөөд нэгэн зэрэг хэд хэдэн төлөвт оршиж байдаг. Хэрвээ кубитууд хоорондоо салшгүй холбоотой байдаг бол долгион хэлбэрийн квантын төлвүүдийн давтамжийн интерференцийг ашиглан эрдэмтэд тооцоолон бодох үйлдлийг /квантаас өөр аргаар тооцоолон бодоход олон сая жилийн хугацаа шаардагдах/  хийх боломж онолын хувьд бий.

Квантын компьютер нь олон оронтой тоонуудыг энгийн үржигдэхүүн болгон задлах, асар том өгөгдлийн сангуудад хайлт хийхэд зориулсан алгоритмын үйлдлийг гүйцэтгэж чадна гэж физикчид үзэж байна. Гэхдээ ийм программ зохиоход хэдэн арван жилийн хугацаа шаардлагатай. Кубитүүд хэдийчинээ олноороо холбогдсон байх тусам төхөөрөмжийг ажиллуулах явцад тэдгээрийн эмзэг төлвийг хадгалах нь төдийчинээ нарийн түвэгтэй байх болно. Гүүглийн алгоритм нь 54 кубитээс бүрдэх квант чип дээр ажилладаг бөгөөд кубит бүр нь хэт дамжуулагч гогцоонуудаас бүрдэнэ. Гэхдээ энэ бол өргөн хүрээнд ашиглах зориулалттай универсал компьютерт шаардагдах нэг сая кубитийн өчүүхэн хэсэг билээ.

Квант компьютерт “хачирхалтай бодлого бодох даалгавар” өгсөн гэж Мэрилэндийн их сургуулийн физикч Кристофер Монро ярьж байна. Гүүглийн физикчид уг бодлогыг 2016 онд зохиосон бөгөөд ердийн компьютерийн хувьд аль болохоор нарийн түвэгтэй байлгахаар боловсруулжээ. Тодруулбал, санамсаргүй тоонуудын квантын генераторын хувилбарын үр дүнгүүдийн магадлалыг тодорхойлох даалгаврыг Sycamore компьютерт өгсөн байна. Үүний тулд 53 кубитээс тогтох бүдүүвч дээр санамсаргүй үйлдлүүдийн дарааллыг эхлүүлжээ. Ингээд тэг ба нэгийн 53 оронтой дараалал буюу 253 боломжит комбинацийг бий болгосон байна. Энэ бол маш нарийн түвэгтэй процесс бөгөөд эхний зарчмуудыг ашиглан хариуг бодож гаргах боломжгүй, учир нь уг хариу нь санамсаргүй юм. Гэхдээ кубитүүдийн давтамжийн долгионоос шалтгаалан тоонуудын зарим дарааллууд олдох магадлал өндөр байсан байна. Энэ нь хүндийн төвийнх нь байрлалыг өөрчилсөн шоотой төстэй бөгөөд санамсаргүй тоонууд өгөгддөг боловч зарим тоо нь бусад тооноос илүү олон удаа буудаг гэсэн үг юм.

Sycamore компьютероор дээж сонголт хийлгээд түүнийг 1 сая удаа туршиж, үр дүнгийн давтамжийг хэмжиж, магадлалын хуваарилалтыг тооцоолсон байна. Энэ нь нэг ёсондоо шоо хэр зэрэг үнэн бууж байна вэ гэдгийг шалгасан хэрэг юм. Ер нь бол эрдэмтэд ийм зүйлийг өдөр бүр хийж байх хэрэгтэй болно гэж К.Монро үзэж байна. Өөрөөр хэлбэл, ердийн компьютер ашиглан бодох боломжгүй квант бодлогын хариуг туршилт хийх замаар хайна гэсэн үг.

Өөр нэгэн асуудал бол бодлогын хариу үнэн зөв эсэхийг нягтлан шалгах явдал. Үүний тулд эрдэмтэд бодолтын хариуг ердийн компьютер дээр хийсэн хялбарчилсан жижиг схемүүдийн загварчлалын үр дүнтэй харьцуулсан байна.

Ердийн компьютер гэдэг нь Теннесси муж улсын Оук-Риж дахь Үндэсний лабораторийн Summit суперкомпьютер юм. Эдгээр харьцуулалтын үндсэн дээр Гүүглийн судлаачид дүгнэлт хийхдээ “бүхэл бүтэн схемийг бүрдүүлэхийн тулд 1 сая ширхэг процессортой компьютерийг /100 мянган ширээний компьютер/ 10 мянган жилийн турш ажиллуулах шаардлагатай” гэжээ. Харин Sycamore квант компьютер уг үйлдлийг ердөө 3 минут 20 секундын хугацаанд хийсэн байна.

Квантын давуу талыг баталсан нотолгоог өөлөх боломжгүй гэж Гүүглийнхэн үзэж байна. Бусад судлаачид сонгодог компьютер дээр загварчлал хийхдээ хугацааг богиносгож чадлаа ч гэсэн квантын төхөөрөмж улам илүү боловсронгуй болсоор байгаа бөгөөд ердийн компьютерууд түүнийг гүйцэх боломжгүй гэж Гүүгл компанийн квантын тооцооллын хэлтсийн захирал Хартмут Невен ярилаа.

Хэрэглээний хязгаарлагдмал хүрээ

Гүүглийн амжилт нь эрдэмтэд, инженерүүдийг квантын мэдээлэл зүй рүү даллан дуудаж байна хэмээн Монро үзэж байгаа аж. Гэхдээ “квантын компьютерийг практик хэрэглээнд нэвтрүүлэхэд тун ойрхон болсон” гэх хуурамч төсөөлөл, төөрөгдөл байгааг тэрбээр сэрэмжлүүлж байна. “Мэргэжлийн бус хүмүүст квантын компьютерийн тухай мэдээлэл ямар сэтгэгдэл төрүүлэх вэ гэхээр тэд “за ашгүй ердийн компьютероос давж гарлаа, дахиад нэг жил эсвэл удлаа гэхэд 2 жилийн дараа айл болгон квант компьютертай болох юм байна” гэцгээх болно” гэж Монро хэллээ.

Яг үнэн хэрэгтээ бол, программчлагдсан квант компьютер нь өөр аргаар бодох боломжгүй бодлогыг бодож чадна гэдгийг эрдэмтэд батлах ёстой. Наад зах нь гэхэд, тодорхой нэг молекулын электрон бүтцийн тооцооллыг хийх. Энэ нь асар олон тооны квантын харилцан үйлчлэлүүдийг загварчлах маш адармаатай зүйл юм. Өөр нэгэн чухал зүйл бол, алдаануудыг засахад ашигладаг алгоритмд квантын давуу талыг бий болгох явдал. Ингэснээр тооцооллыг алдаатай болгодог “чимээ”-г үгүй хийх боломжтой. Ингэхгүйгээр квантын компьютерууд зохих түвшинд ажиллаж чадахгүй гэж физикчид үзэж байна.  

Гүүглийн судлаачид эл хоёр зорилтод хүрэхийн төлөө цуцалтгүй ажиллаж байгаа бөгөөд ойрын саруудад туршилтынхаа үр дүнг танилцуулна гэдгийг Мартинис амлалаа.

Харин Ааронсоны үзэж байгаагаар, квантын давуу талыг нээн харуулахын тулд Гүүгл компанийн хийсэн туршилтыг практик дээр хэрэглэж боломжтой аж. Туршилтын явцад хийсэн тооцооллын үндсэн дээр тэрбээр протокол бий болгожээ. Уг протокол нь санамсаргүй тоонуудын генератор нь үнэхээр санамсаргүй битүүдийг бий болгодог гэдгийг баталж өгчээ. Энэ нь нууц бичээс тайлж унших /криптографи/ ба цахим мөнгөний /криптовалют/ арилжаанд чухал хэрэгтэй. Учир нь, цахим гүйлгээний аюулгүй байдал нь санамсаргүй түлхүүрүүдээс хамаарч байдаг.  

Алгоритмыг ажиллуулахын тулд Гүүглийн инженерүүд хэд хэдэн сайжруулалтыг хийсэн бөгөөд эдгээрийн дотор квантын схемийг удирдах шинэ цахим хэрэгслийг зохион бүтээж, кубитүүдийг холбох шинэ аргыг боловсруулсан байна. “Энэ бол ирээдүйн хөгжлийн үндэс суурь. Урагшлан хөгжих хөдөлгөөн нь суурь бүтцээр дамжин явагдана гэж бид үздэг” гэж туршилтын физикч Жон Мартинис эцэст нь дүгнэн хэллээ.

Б.Адъяахүү 

Эх сурвалжууд: https://www.nature.com/articles/d41586-019-03213-z

https://inosmi.ru/science/20191025/246104472.html