Kvantni računari odavno obećavaju da će rešiti određene probleme brže nego kilo koji običan ili klasičan računar. U stvari, Gugl je ispunio ovo obećanje 2019, kada je obznanio da je njegov kvantni računar ostvario kvantnu nadmoć, izvodeći proračun nemoguć za tadašnje najbolje klasične računare. Kako je tada pisao New Scientist, Gugl je „obezbedio sebi još jedno mesto u istorijskim knjigama“. Ipak, teško je napisati sledeće poglavlje kvantne revolucije. Od Guglovog proboja 2019, druge kompanije su iznosile slične tvrdnje, ali su u svakom slučaju poboljšani algoritmi klasičnih računara ponovo potvrdili dominaciju nad kvantnim mašinama, ili su bar time zapretili. Uz ovakvu napred-nazad situaciju, da li će kvantni računari ikada napredovati?
Iako je prvobitni Guglov rezultat dalovao nedostižno za klasične računare u bilo kom razumnom vremenskom okviru, istraživači su 2022. uspeli da smisle novi algoritam koji radi upravo to. Rešavanje pitanja kvantne nadmoći jednom zauvek zavisiće i od broja korišćenih kubita, ili kvantnih bitova, i od složenosti sa kojom su programirani, što se naziva dubina kola. Tek kada računar postigne dovoljno visok rezultat na oba polja, rezultati će biti van domašaja bilo kakvog klasičnog računarstva ili algoritamskih poboljšanja. „Konačno, broj kubita će postati toliki da nijedan klasični algoritam ne može da ga sustigne, ali nije jasno u kada će se to desiti, što je jedna od stavki koju Gugl pokušava da reši,“ kaže Bil Feferman sa Univerziteta u Čikagu. Guglov početni rezultat je demonstrirao zadatak koji se zove nasumično uzorkovanje kola, kojim se proverava da li su vrednosti kubita nakon obavljenih nasumičnih operacija zaista nasumične. Korišćena su 54 superprovodna kubita za 20 ciklusa, što se odnosi na trajanje tih nasumičnih operacija i dubinu kola.
U aprilu ove godine, Guglovi istraživači su izveli isti eksperiment, ali sa 70 kubita za 24 ciklusa. Iako povećanje deluje skromno, skok složenosti je veliki i, kako se kompanija nada, dovoljan da klasično-kvantni jaz učini nespornim. Za proračun na njihovoj mašini od 70 kubita, najboljim superkompjuterima bi trebalo 47 godina, tvrdi Gugl. Ovo je trenutno najbolja demonstracija kvantne nadmoći, koju tek treba da nadmaše klasični računari, međutim korišćeni kubiti su opterećeni „šumom“, što otežava verifikaciju da računar u potpunosti iskorišćava svoju kvantnu prirodu i da nije ranjiv na dostignuća klasičnih mašina. Istraživači u Guglu sada pokušavaju da dokažu da računar obavlja istinski kvantne operacije i izmere kako šum utiče na to merenje. Do sada su koristili graničnu vrednost koju izračunava klasičan računar za predviđanje rezultata kvantne mašine. Što je razlika između njih veća, to je kvantni sistem složeniji.
Ali bilo je nejasno koliko je ova mera bila verna pravoj prirodi kvantnog računara i u kom trenutku je šum učinio merenje beskorisnim. Gugl i, u zasebnom istraživanju, Feferman i njegove kolege, precizno su odredili nivo šuma na kojem možemo efikasno da koristimo graničnu vrednost za kvantni računar sa određenom količinom kubita. „To je zaista važno jer nam daje merilo pomoću kojeg možemo da poredimo uzastopne generacije ovih eksperimenata,“ kaže Feferman. Istraživači sa kineskog Univerziteta za nauku i tehnologiju (USTC) takođe su demonstrirali kvantnu nadmoć koristeći 56 kubita superprovodnog kvantnog računara zvanog Zučongži (hardverski sličan Guglovom), ali takođe rade na alternativnom dizajnu kvantnog računarstva koji koristi fotone za kubite. Ova mašina, nazvana Đijužang, pokazala je kvantnu prednost, ali ispostavlja i neke jedinstvene izazove. Đijužang vrši uzorkovanje bozona, mereći uzorak fotona koji se odbijaju od lavirinta ogledala i razdelnika snopa. Klasični računari ne mogu precizno da izvrše ova merenja iznad određenog broja fotona. Potvrda da su merenja zaista kvantna nije jednostavna, u stvari, koherentan način da se to uradi trenutno ne postoji. „Teorija za sertifikaciju ovih mašina još uvek je u velikoj meri otvoreno pitanje,“ kaže Nicolas Kesada sa Politehničkog instituta Montreal u Kanadi.
Zbog toga su rezultati istraživača ranjivi na proboje klasičnih mašina. USTC je tvrdio da će za rezultat njihovog Điužanga biti potrebno 600 miliona godina da se klasično proveri, ali je 2022. grupa istraživača dokazala da bi se to moglo izvesti za nekoliko meseci, zbog propusta u načinu na koji su fotoni mereni detektorima. U aprilu je USTC popravio ovu grešku koristeći novu vrstu detektora fotona i potvrdio svoju kvantnu prednost, ali bez koherentnih načina za verifikaciju ove prednosti, klasične mašine bi i dalje mogle da je sustignu, kaže Kesada. Iako je USTC-ov tim fokusiran na potvrđivanje svoje kvantne prednosti i razumevanje kako njihove mašine funkcionišu, za samu kvantnu prednost još nije pronađena praktična upotreba. U februaru, istraživači USTC-a objavili su rad u kojem pokazuju kako se uzorkovanje bozona može primeniti na probleme sa grafovima, što su matematički problemi koji mogu biti korisni za dizajn lekova i mašinsko učenja. „Način na koji opisujemo kvantni računar, vrsta matematičkog okvira koji se koristi za to, veoma je sličan drugim zanimljivim matematičkim okvirima,“ kaže Naomi Solomons sa Univerziteta u Bristolu, u Britaniji.
Iako su autori zaključili da bi uzorkovanje bozona pomoglo da se određeni problemi grafova rešavaju mnogo brže, naišli su na isti problem verifikacije i nisu mogli da isključe mogućnost da bi klasični algoritmi mogli da pokažu isto poboljšanje performansi. Prebacivanje problema iz stvarnog sveta u kvantne računare, i obrnuto, verovatno će činiti veliki deo istraživanja i razvoja u narednim godinama, kaže Džej Gambeta iz IBM-a. „Možemo reći da kvantni procesori dostižu dimenzije praktične korisnosti, ali ne mislim da činimo dovoljno da utvrdimo koja kola ćemo pokrenuti.” Gambeta i njegove kolege deo su četiri odvojene radne grupe koje razmatraju kako bi se trenutne kvantne mašine mogle primeniti na naučne probleme poput fizike visokih energija, materijala, biologije i finansija. U julu su objavljeni prvi rezultati grupe za fiziku, nakon diskusija u CERN-u u Švajcarskoj. Specifični problemi, kao što su načini odbijanja i razdvajanja parova čestica, istaknuti su kao posebno važni za kvantne mašine u bliskoj budućnosti.
Umesto utvrđivanja tačke u kojoj kvantni računari konačno ostvaruju prednost u odnosu na klasične mašine koristeći merila i matematičke dokaze, možda bi imalo smisla definisati to kao momenat kada naučnici iz drugih oblasti odluče da koriste kvantne računare za svoj rad, kaže Gambeta. „Mislim da će biti mnogo kvantnih prednosti, ali kada interesovanje dođe od nekoga ko nije kvantni informatičar, tada će to biti relevantno,“ kaže naučnik.
(NewScientist-ZTP, foto: John D/Getty)
