Kvantinių skaičiavimų pradininkas

Vasario mėnesį Kanados kompanija „D-Wave Systems“ sausakimšoje auditorijoje pademonstravo 16 bitų specialios paskirties kvantinį kompiuterį. Žurnalistai stebėjo, kaip kompiuteris sprendė „sudoku“ galvosūkį ir specialioje duomenų bazėje ieškojo molekulių, panašių į esančias „Prilosec“ vaistuose.

Kokį poveikį turės ši pateiktis, kol kas neaišku. Norėdami tai išsiaiškinti, pakalbinome kvantinių skaičiavimų tėvu vadinamą Oksfordo universiteto fiziką teoretiką Davidą Deutschą.

Kvantinio skaičiavimo idėją, kaip priemonę kvantinės fizikos daugelio visatų teorijai patikrinti, D. Deutschas iškėlė septintajame dešimtmetyje. Šios idėjos esmė – besikeisdama dalelė daugybėje visatų įgauna visas įmanomas formas.

– „D-Wave“ pristatė 16 kvantinių bitų kompiuterį ir ragina žmones juo pažaisti. Šios bendrovės programuotojai net planuoja sukurti žiniatinklio sąsają, kuria būtų galima įkelti programas ir stebėti, kaip jos veikia kvantiniame kompiuteryje. Kaip manote, ar toks būdas propaguoti kvantinių skaičiavimų idėją sulauks vartotojų pritarimo?

– Manau, jog čia vartotojų pritarimo nereikia. Idėja bus veiksmingai pritaikyta arba ne. Ji bus išbandyta mokslinės kritikos, mokslinių diskusijų metu, kurios vyks neatsižvelgiant į tai, ką apie kvantinius kompiuterius žinos paprasti žmonės.

– Gal galite paaiškinti, kodėl taip svarbu modeliuoti kvantines sistemas ir pateikti pavyzdį?

– Kiekvieną kartą kurdami sudėtingą technologiją turime ją modeliuoti arba teorinėmis lygtimis, arba kompiuteriu – paleisdami programą, mėgdžiojančią realios sistemos elgseną.

Tačiau kuriant kvantines sistemas tenka taikyti kvantinę superpoziciją, kuri, remiantis daugelio visatų teorija, reiškia tai, kad tas pats objektas skirtingose visatose atlieka skirtingus veiksmus. Klasikiniu kompiuteriu tektų nustatyti objekto būklę visose visatose, o paskui jas sujungti pagal kvantinius dėsnius.

– Kada tokie skaičiavimai tampa pernelyg sudėtingi?

– Labai greitai – vos tik sistemą sudaro daugiau nei trys, keturios ar penkios dalelės. Tuo tarpu kvantinis kompiuteris galėtų kvantinę sistemą modeliuoti tiesiogiai, daugybę skaičiavimų atlikdamas skirtingose visatose vienu metu. Tad jis natūraliai pritaikytas bet kokio tipo modeliavimui, pavyzdžiui, siekiant nustatyti tikslias molekulės savybes.

Kai kurie specialistai teigia, kad kvantiniai kompiuteriai galėtų padėti kurti naujus vaistus, tačiau aš dar nesu įsitikinęs, jog tai tiesa. Nors dalis atomų ir molekulių lygio dalelių tyrimų reikalauja kvantinių procesų, tačiau ne visi. Pavyzdžiui, biotechnologijos yra gerai išplėtotos ir be kvantinių kompiuterių.

– Ar, jūsų nuomone, kvantiniu kompiuteriu ilgainiui bus galima modeliuoti didesnes sistemas, pavyzdžiui, stebėti, kaip žmogaus imuninė sistema reaguoja į vaistą?

– Ne, jis būtų taikomas sistemoms, ne didesnėms už molekules, modeliuoti: mažoms molekulėms, atomų lygio sąveikai, subtiliems skirtumams tarp izotopų nustatyti ir pan. Taip pat dar mažesniems objektams – dirbtiniams atomo dydžio dalykams, naudojamiems nanotechnologijų srityje, branduolinės fizikos procesams.

– Į kokias aukštumas pakils kvantiniai skaičiavimai?

– Turbūt ne manęs to reikėtų klausti: mane ši sritis domina ne technologiškai. Man kvantiniai skaičiavimai – naujas, tobulesnis būdas suprasti kvantinės fizikos dėsnius, tuo pačiu suvokti visą fizinę realybę. Mes iš tiesų vis dar tyrinėjame tik patį fizikos dėsnių paviršių.

Malonu, kad išsamesnius tyrimus galima atlikti ir be kvantinių kompiuterių. Teorinės išvados jau parengtos, tad galime jomis remtis. Negalėčiau teigti, kad technologinis taikymas nėra svarbus, tačiau aš visa tai stebiu kaip susidomėjęs žiūrovas, o ne kaip kūrėjas.

– Ar kvantiniai kompiuteriai pakeis žmonių sampratą apie skaičiavimus, visatą ir gamtą?

– Pakeis žmonių sampratą – tai svarbiausia šio klausimo dalis. Jūs pateikėte filosofinį ir psichologinį klausimą ir neklausiate manęs apie situacijos fiziką arba logiką.

Universalūs kvantiniai kompiuteriai nuolat atliks skaičiavimus, sudėtingesnius nei dabar gali kompiuteris ar net visata, veikianti kaip kompiuteris. Žmonėms nusibos pasakymai, kad šie skaičiavimai iš tiesų nevyksta, o kvantinės mechanikos lygtys – tiesiog būdas sužinoti atsakymą, tačiau ne jo gavimo būdą.

Programuotojai puikiai žinos, kaip buvo gautas sprendimas, nes jie patys visa tai programuos. Tai, kad kvantiniu kompiuteriu bus rasti atsakymai, kurių nepavykdavo gauti klasikiniu įrenginiu, privers suprasti, jog procesas yra realus.

Nieko daugiau ir nereikia norint padaryti išvadą, kad egzistuoja lygiagrečios visatos. Būtent taip veikia kvantiniai kompiuteriai.

– Įsivaizduokite, kad technologijas išplėtoti tikrai pavyks. Kaip atrodytų pasaulis, kuriame veikia kvantiniai ir klasikiniai kompiuteriai?

– Ši revoliucija gerokai mažesnė už, pavyzdžiui, interneto sukūrimą ar pačių kompiuterių atsiradimą. Paprasto vartotojo požiūriu, kvantiniai kompiuteriai bus taikomi tik keliose srityse.

Visiškai pasikeis kriptografija. Visi arba beveik visi egzistuojantys kriptografijos metodai bus pripažinti nesaugiais. Sukūrus pirmąjį kvantinį kompiuterį, šifruotus pranešimus bus galima iššifruoti. Laimei, jau egzistuoja kvantinės kriptografijos technologija, kuri ne tik saugesnė už bet kurį klasikinės kriptografijos metodą, bet tuo pačiu jos apsaugos negalima įveikti kvantiniu kompiuteriu.

Bet kuris vartotojas, kuriam svarbus duomenų saugumas, turėtų taikyti kvantinę kriptografiją. Žinoma, tam reikia specialios įrangos. Greičiau bus atliekamos ir matematinės operacijos, ypač – algoritminė paieška. Kompiuteriai veiks šiek tiek sparčiau. Bus svarbu modeliuoti kvantines sistemas, nes kvantinė teorija, įgavusi nanotechnologijų formą, taps svarbi daugelyje sričių.

– Nanotechnologijos plėtra atneštų didelių pokyčių?

– Nanotechnologijos gali sukelti revoliuciją jau dabar, nes vienintelė priežastis, dėl kurios nanotechnologijos nėra aktyviai plėtojamos, – psichologinė. Galbūt kvantiniai kompiuteriai padės paspartinti šį procesą.

Pagal „Wired Magazine“ parengė Rūta Makūnaitė