Kvant kompyuterlar: Reallik va kelajak sari qadam

Kvant olamiga nazar: Kvant kompyuterlar o'zi nima?

Tasavvur qiling, siz bitta xonadan chiqish uchun bir vaqtning o'zida minglab eshiklarni tekshirib ko'rishingiz kerak. Oddiy kompyuterlar bu ishni bitta-bitta, ketma-ket bajaradi. Kvant kompyuterlar esa barcha eshiklarni bir lahzada ochib ko'ra oladigandek ishlaydi. Ushbu zamonaviy texnologiya axborotni saqlash va qayta ishlash uchun oddiy fizik qonunlarini emas, balki tabiatning eng tub zarrachalari amal qiladigan qoidalarni ishga soladi.

Bugungi kunda cho'ntagimizda yurgan smartfonlar yoki uydagi kuchli stasionar kompyuterlar ma'lumotni bit deb ataluvchi birliklarda saqlaydi. Bit yoki 0, yoki 1 qiymatini qabul qilishi mumkin — xuddi yoniq yoki o'chiq turgan chiroqqa o'xshaydi. Kvant dunyosida esa asosiy birlik kubit (kvant biti) deb nomlanadi. Kubitlar superpozisiya hodisasi tufayli bir vaqtning o'zining ham 0, ham 1 holatida bo'la oladi. Bu esa hisob-kitob tezligini tasavvur qilib bo'lmas darajada oshiradi.

Kvant mexanikasi va hisoblash fanining birlashishi

O'tgan asrning boshlarida fizika olimlari atomlar olamidagi g'aroyib hodisalarni tushuntirish uchun kvant nazariyasini yaratgan edilar. O'sha davrda kompyuterlar umuman yo'q edi. Keyinchalik raqamli qurilmalar paydo bo'lgach, fiziklar murakkab kvant jarayonlarini oddiy kompyuterlarda modellashtirish qanchalik qiyinligiga duch kelishdi. Kompyuter qanchalik tezlashmasin, kvant tizimlarini hisoblashdagi yuklama eksponentsial ravishda o'sib bordi.

1980-yillarda fizik Richard Feyman va boshqa olimlar tabiatning o'zi kvant qonunlariga bo'ysunar ekan, uni tushunish uchun kompyuterlar ham kvant asosida qurilishi kerakligini ilgari surishdi. 1994-yilda matematik Piter Shor butun sonlarni ko'paytuvchilarga ajratish uchun maxsus kvant algoritmini ishlab chiqdi. Bu kashfiyot dunyoni larzaga keltirdi, chunki yetarlicha katta kvant kompyuter bugungi kunda internet xavfsizligini ta'minlab turgan shifrlash usullarini osongina buzib o'tishi mumkin edi.

Superpozisiya va to'lqinlar siri

Kvant kompyuterlarning ishlash prinsipi faqatgina kubitlarning ikki holatda bo'lishi bilan cheklanmaydi. Bu yerda superpozisiya va to'lqin interferensiyasi kabi murakkab fizik hodisalar muhim o'rin tutadi. Oddiy tilda aytganda, ehtimollik amplitudalari musbat yoki manfiy bo'lishi mumkin. Manfiy amplitudalar vayron qiluvchi to'lqin interferensiyasini yuzaga keltiradi va bu orqali keraksiz natijalar yo'qotilib, faqat to'g'ri javob kuchaytiriladi.

Biroq bu tizimni boshqarish oson emas. Agar jismoniy kubit tashqi muhitdan yetarlicha himoyalanmasa, u kvant degibrentlik deb ataluvchi jarayonga uchraydi. Natijada kichik tebranishlar ham hisob-kitobga xatolik kiritadi. Shuning uchun olimlar o'ta o'tkazgichlar va ion qopqonlari yordamida kubitlarni tashqi ta'sirlardan izolyatsiya qilish ustida tinimsiz izlanishlar olib bormoqdalar.

Kvant ustunligi sari yo'l

2019-yilda texnologiya olamida katta shov-shuv ko'tarildi: maxsus 54 ta kubitdan iborat qurilma oddiy o'ta kompyuterlar 10 ming yilda bajarishi mumkin bo'lgan amalni atigi 200 soniyada bajarib ko'rsatdi. Bu yutuq kvant ustunligi deb nomlandi. Ya'ni, dasturlashtiriladigan kvant kompyuter har qanday klassik kompyuter qila olmaydigan masalani hal qilishi mumkinligi amalda ko'rsatildi.

Albatta, hozirgi kunda yaratilgan bunday qurilmalar hali kundalik hayotda yoki amaliy ishlatish uchun tayyor emas. Ular asosan ilmiy laboratoriyalarda sinovdan o'tkazilmoqda. Hukumatlar va yirik kompaniyalar bu sohaga milliardlab mablag' yo'naltirmoqda. 2025-yilning apreliga kelib, global miqyosdagi davlat investisiyalari 10 milliard dollarga yetdi.

Kelajak sari ochiq savol

Kvant kompyuterlar haqida gap ketganda, taniqli fizik Charli Bennet shunday degan edi: "Klassik kompyuter ham aslida kvant kompyuteridir... Nega endi biz faqat tezlashuv qayerdan kelishini so'rashimiz kerak? Aslida sekinlashuv qayerdan kelishini o'ylashimiz lozim". Haqiqatan ham, biz yashayotgan koinot tub mohiyatiga ko'ra kvant qonunlariga bo'ysunadi.

Bugungi kunda xatoni tuzatish va barqaror kubitlarni yaratish muhandislikning eng murakkab vazifalaridan biri bo'lib turibdi. Kvant texnologiyalari to'laqonli hayotimizga kirib kelgach, tibbiyotda yangi dori vositalarini yaratish, murakkab materialshunoslik muammolarini hal qilish va koinotni modellashtirish tubdan o'zgarib ketadi. Xo'sh, insoniyat bu ulkan quvvatni to'liq bo'ysundirganda, bizni qanday yangi kashfiyotlar kutmoqda?

Shuningdek o'qing

• Kvant davri uchun yangi murakkablik nazariyasi
• Kvant kriptografiyasi kashshoflari Tyuring mukofotini qo'lga kiritdi
• Kvant kompyuterlar davri har qachongidan ham yaqinlashdi

Manbalar

• Wikipedia: Quantum computing (CC BY-SA 4.0)
• Wikipedia: Quantum complexity theory (CC BY-SA 4.0)
• Wikipedia: Quantum supremacy (CC BY-SA 4.0)
• Muqova rasmi: Abstract representation of a futuristic digital processor with glowing elements. — Pachon in Motion, Pexels License, Pexels

Maqola yuqoridagi manbalar asosida sun'iy intellekt yordamida tayyorlangan. Matn CC BY-SA 4.0 litsenziyasi ostida tarqatiladi.