Viena iš didžiausių teorinių kvantinio skaičiavimo problemų – kiek jie skiriasi nuo įprastų kompiuterių – buvo išspręsta. Gauti rezultatai rodo, kad šios mašinos– daug keistesnės, nei manėme. „Tai svarbu, nes tai buvo viena iš fundamentaliųjų neišspręstų kvantinio sudėtingumo teorijos problemų ketvirtį amžiaus“, – sako Scottas Aaronsonas iš Teksaso universiteto Ostine.
Viena iš didžiausių teorinių kvantinio skaičiavimo problemų – kiek jie skiriasi nuo įprastų kompiuterių – buvo išspręsta. Gauti rezultatai rodo, kad šios mašinos– daug keistesnės, nei manėme.
„Tai svarbu, nes tai buvo viena iš fundamentaliųjų neišspręstų kvantinio sudėtingumo teorijos problemų ketvirtį amžiaus“, – sako Scottas Aaronsonas iš Teksaso universiteto Ostine.
Kvantiniai kompiuteriai yra įrenginiai, kuriuose problemų sprendimui panaudojami keistieji kvantų fizikos dėsniai. Kitaip nei įprasti klasikiniai kompiuteriai, informaciją saugantys informaciją bitų – 0 arba 1 – pavidalu, kvantiniuose kompiuteriuose naudojami kvantiniai bitai – kubitai, – galintys tuo pačiu metu būti šių reikšmių mišiniu.
Dėl šio skirtumo kvantiniais kompiuteriais kai kurias problemas išspręsti turėtų būti galima daug greičiau, nei klasikiniais. „Google“, IBM ir kitos organizacijos varžosi, kuri sukurs pirmąjį kompiuterį, galėsiantį pademonstruoti „kvantinį pranašumą“ – gebėjimą išspręsti problemas, kurių sprendimas netgi klasikiniais superkompiuteriais būtų nepraktiškai lėtas.
Kvantinis proveržis
Ran Raz iš Princetono universiteto ir Avishay Tal iš Stanfordo universiteto Kalifornijoje įrodė, kad kvantinis skaičiavimas nėra vien spartesnis problemų sprendimas, bet kai kas daug keisčiau. Jie parodė, kad kvantiniais kompiuteriais galima išspręsti tam tikrą problemų aibę, kurių jokie klasikiniai kompiuteriai niekada negalėtų išspręsti – net jeigu leistume klasikiniams kompiuteriams „sukčiauti“, suteikdami joms supergalių.
Tai gali skambėti keistai, bet tokie teoretikai kaip Razas ir Talis taip mąstyti yra pratę. Jie tyrinėja sudėtingumo klases – iš esmės tai yra problemų aibės, kurios klasifikuojamos pagal jų sprendimo sunkumą – siekdami išsiaiškinti kompiuterių veikimą pačiu fundamentaliausiu lygmeniu.
Jie tyrė dvi klases. Pirmoji vadinama BQP, kuri iš esmės yra aibė visų problemų,kurias galima išspręsti kvantiniu kompiuteriu. Antroji PH klasė, yra aibė visų problemų, kurias gali išspręsti klasikiniai kompiuteriai, jei suteiktume jiems tam tikrų supergalių, pavyzdžiui, iš karto atspėti teisingus problemos sprendimus ar nustatyti, ar problema yra išsprendžiama.
Akivaizdu, PH kompiuteris labai galingas, bet realybėje toks tikriausiai niekados nebūtų sukurtas. Jis tiesiog yra naudingas kompiuterijos tyrimų įrankis. „Kad ir kaip abstrakčiai ir nerealistiškai tai skamba, mes, sudėtingumo teoretikai apie polinominę hierarchiją mąstome kaip „klasikinę kompiuteriją“, – sako Henry Yuen iš Toronto universiteto, Kanadoje.
Apie kvantinius kompiuterius irgi galima vertinti kaip turinčius supergalių – gebėjimą panaudoti kvantinę fiziką. Svarbiausia, esame tikri, kad jie gali egzistuoti realiai, tad, kyla klausimas, kurios supergalios geresnės, BQP ar PH?
Supergalių siekis
Atsakydami į šį klausimą, Razas su Talu parodė, kad BPQ ir PH nėra identiški – egzistuoja ezoteriška atsitiktinių skaičių pasiskirstymo problema, kurią kvantinis kompiuteris gali išspręsti, o PH kompiuteris – ne. „Kvantinio skaičiavimo supergalia yra tiesiog tokia keista ir kitokia, kad PH jai negali prilygti, bent jau sprendžiant tas specifines problemas, kurias jie tikrino“, – sako Yuenas.
Kitaip tariant, net jei pagamintume tokį galingą klasikinį kompiuterį, kokio tikrovėje negalime tikėtis sukurti, kai kurias problemas vis viena būtų įmanoma išspręsti tik naudojant kvantinės fizikos supergalias.
Kalbant praktiškai, vargu ar tai kaip nors paveiks tikrus kvantinius kompiuterius, tokius, kokius kuria,pavyzdžiui, „Google“. Visų pirma,šis įrodymas remiasi kitu sudėtingumo teoretikų įrankiu, kuris nelabai susijęs su realiu pasauliu – „orakulu“, nes, panašiai kaip pasakose, jis iškart pateikia atsakymus į klausimus.
Bet PH tyrimai suteikė informacijos apie „Google“ pastangas pasiekti kvantinį pranašumą, tad gali būti įmanoma panaudoti naujus Razo ir Talio rezultatus kitiems kvantinių kompiuterių galios praktinio demonstravimo būdams.
„Tai padeda geriau suprasti, kvantinių ir klasikinių kompiuterių skirtumus, – pažymi Yuenas. – Tokie teoriniai rezultatai paprastai galiausiai apjungia kažką konkretaus ir realiame pasaulyje.“
