Godine 1946. predstavljen je Elektronički numerički integrator i računar, ili ENIAC. Prvi komercijalni računar na svijetu trebao je biti korišten od strane vojske za projekciju putanje projektila, radeći za nekoliko sekundi ono što bi inače ljudskom matematičaru trebalo oko tri dana. ENIAC je bio sastavljen od 20 000 vakuumskih cijevi (užarenih staklenih sijalica poput prethodnika tranzistora) povezanih sa 500 000 ručno zalemljenih žica, te je bio čudo ljudske domišljatosti i tehnologije.
Zamislite kad bi se bilo moguće vratiti programerima i korisnicima tog ranog čuda i pretpostaviti da bi za 70 godina bilo deset milijardi računara širom svijeta i da bi polovina svjetske populacije šetala okolo sa računarima 100 000 000 puta moćnijim od ENIAC u džepovima njihovih pantalona.
Oni bi vas smatrali luđakom!
Želim da to imate na umu dok se odupirete iskušenju da učinite isto i meni zbog onoga što ću podijeliti sada sa vama.
Kvantna nadmoć
Digitalni računari će uskoro dostići granice zahtjevnih tehnologija poput vještačke inteligencije. Uzmite u obzir samo učinak ove dvije projekcije: do 2025. godine automobili bez vozača mogu proizvesti onoliko podataka koliko danas postoji u čitavom svijetu; potpuna digitalizacija svake ćelije u ljudskom tijelu premašila bi 10x sve podatke koji se danas čuvaju u svijetu. U ovim i mnogim drugim slučajevima moramo pronaći načine za bavljenje neviđenim količinama podataka i složenošću. Uđite u kvantno računanje.
Vjerovatno ste čuli za kvantno računanje. Nevjerovatno je da je to koncept star koliko i digitalni računari. Međutim, možda ste to odbacili kao daleku budućnost koja je približno jednako važna za vaš život kao i leteći automobili. Pa, možda je vrijeme da se preispitate. Kvantno računanje napreduje brzinom koja iznenađuje čak i one koji ga grade.
Razumijevanje šta su kvantni računari i kako oni rade, izaziva većinu onoga što znamo ne samo o računanju, već o osnovama izgleda fizičkog svijeta. Kvantna mehanika, osnova za kvantno računanje, opisuje čudan i neintuitivan način na koji svemir djeluje na subatomskom nivou. To je dijelom nauka, dijelom teorija, a dijelom filozofija.
Klasični digitalni računari koriste ono što se naziva bitovi, nešto što je svima nama poznato. Bit može biti jedan ili nula. Kvantni računari koriste ono što se naziva kubiti (kvantni bitovi). Kubit također može biti jedan ili nula, ali to može biti i beskonačan broj mogućnosti između njih dvoje. Stvar kod kubita je u tome što je digitalni bit uvijek uključen (1) ili isključen (0), a kubit je uvijek u onom što se naziva superpozicijskim stanjem, ni uključen ni isključen.
Iako je to gruba analogija, pomislite na kubit kao na novčić koje je upravo bačen u mrak. Dok se vrti, jel pokazuje glavu ili rep? Istovremeno je i jedno i drugo dok se ne prestane vrtjeti i onda ga obasjamo svjetlom. Međutim, binarni bit je poput novčića koji ima prekidač za svijetljenje u mraku. Kad bih vas pitao „Da li svijetli?“ bila bi samo dva odgovora, da ili ne, i oni se ne bi mijenjali kako se okreće.
To je takav kubit u usporedbi s klasičnim digitalnim bitom. Kubit nema stanje dok ga učinkovito ne obasjate, dok binarni bit održava svoje stanje dok se to stanje ručno ili mehanički ne promijeni.
Nemojte se previše zakačiti za tu analogiju, jer kako ulazite dublje u kvantni svijet, pokušaj korištenja onoga što znamo o fizičkom svijetu uvijek je vrlo grub i na kraju pogrešan način da se opiše način na koji stvari funkcionišu na kvantnom nivou materije.
Međutim, poteškoće u razumijevanju rada kvantnih računara nisu zaustavile njihov napredak. Googleovi inženjeri nedavno su govorili o tome kako kvantni računari koje grade napreduje tako brzo da bi mogli postići nedostižni cilj onoga što se naziva „kvantna nadmoć“ (tačka u kojoj kvantni računari mogu premašiti sposobnost klasičnog binarnog računara) u roku od nekoliko mjeseci. Iako to može biti malo nategnuto, čak i konzervativne projekcije stavljaju nas na petogodišnji vremenski okvir za kvantnu nadmoć.
Kvantno protiv klasičnog računanja
Kvantni računari, koji se grade pomoću ovih kubita, neće zamijeniti sve klasične digitalne računare, ali postat će neizostavni dio načina na koji koristimo računare za modeliranje svijeta i integrisanje umjetne inteligencije u naš život.
Kvantno računanje bit će jedan od najradikalnijih pomaka u historiji nauke, koji će vjerovatno nadmašiti svaki napredak koji smo do danas vidjeli prethodnim tehnološkim revolucijama, poput pojave poluprovodnika. Omogućit će nam da preuzmemo probleme za rješavanje čak i najmoćnijih klasičnih superračunara, milijonima ili milijardama godina. To nije samo zato što su kvantni računari brži, već zato što mogu pristupiti rješavanju problema s masivnim paralelizmom koristeći kvalitete ponašanja kvantnih čestica.
Ironija je u tome što ista stvar zbog koje je kvantne računare tako teško razumjeti, njihovo iskorištavanje najmanjih čestica prirode, također im daje mogućnost precizne simulacije biološkog svijeta u najdetaljnijim. To znači da možemo modelirati sve, od hemijskih reakcija, preko biologije, preko farmaceutskih proizvoda, do unutarnjeg djelovanja svemira, do širenja pandemije, na načine koji su s klasičnim računarima bili jednostavno nemogući.
Viša sila
Razlog za svu frku iza brzine kojom se razvijaju kvantni računari povezan je s onim što se naziva dvostruko eksponencijalnim rastom.
Eksponencijalni rast koji je većini nas poznat i o kojem se u posljednje vrijeme govori, odnosi se na klasični fenomen udvostručenja. Na primjer; Mooreov zakon koji predviđa udvostručavanje gustine tranzistora na silikonskom čipu svakih 18 mjeseci. Teško je omotati naše linearne mozgove oko eksponencijalnog rasta, ali gotovo je nemoguće omotati ih dvostruko eksponencijalnim rastom.
Dvostruko eksponencijalni rast jednostavno nema analog u fizičkom svijetu. Dvostruko eksponencijalni rast znači da broj podižete u prvi, a zatim u drugi stepen. Izgleda ovako 510 ^ 10.
To znači da dok binarni računar može pohraniti 256 stanja sa 8 bita (28), kvantni računar s osam kubita (podsjetimo da je kubit konceptualni ekvivalent digitalnog bita u klasičnom računaru) može pohraniti 1077 bitova podataka! To je broj sa 77 nula, ili, da bi to perspektivno postavili, naučnici procjenjuju da u cijelom vidljivom svemiru ima 1078 atoma.
Čak je i Ajnštajn imao poteškoća sa zapetljavanjem nazivajući ga „sablasnom akcijom na daljinu“.
Usput, samo da dodatno ilustrujem poentu, ako dodate još jedan kubit, broj bitova (ili preciznije, stanja) koji se mogu pohraniti skočio je na 10154 (još jedan bit u klasičnom računaru samo bi podigao kapacitet na 1078).
Evo šta se stvarno događa kod kvantnog računanja (kao da ono što smo upravo opisali već nije dovoljno zapanjujuće.) Jedan molekul kofeina sastoji se od 24 atoma i može imati 1048 kvantnih stanja (postoji samo 1050 atoma koji stvaraju uz Zemlju). Precizno modeliranje kofeina jednostavno nije moguće kod klasičnih računara. Korišćenjem najbržeg superkompjutera na svijetu bilo bi potrebno 100 000 000 000 000 puta starijeg od svemira da se obradi 1048 izračuna koji predstavljaju sva moguća stanja molekula kofeina!
Dakle, očigledno pitanje je: „Kako bi bilo koji računar, kvantni ili neki drugi, mogao poprimiti nešto takve veličine?“ Pa, kako to priroda radi? Ta šoljica kafe koju pijete sadrži milijarde molekula kofeina i priroda izvrsno upravlja svim kvantnim stanjima u kojima se nalaze. Budući da je priroda kvantna mašina, koji je bolji način za modeliranje od kvantnog računara?
Sablasna akcija
Drugi aspekt kvantnog računanja koji izaziva naše razumijevanje kako kvantni svijet funkcioniše je ono što se naziva zapletanjem. Isprepletenost opisuje fenomen u kojem su dvije kvantne čestice povezane na takav način da bez obzira na veliku udaljenost između njih obje će imati isto stanje kada se mjere.
U prvi mah izgleda da to nije sve novo. Uostalom, ako bih dvije kuglice obojio u crveno, a zatim ih razdvojio na udaljenost svemira, obje bi i dalje bile crvene. Međutim, stanje kvantnog objekta je uvijek u onome što se naziva superpozicijom, što znači da on nema inherentno stanje. Sjetite se našeg primjera okretanja novčića od ranije kada je novčić u stanju superpozicije dok se ne prestane vrtjeti.
Ako su umjesto boje njegova dva stanja bila gore ili dole, ona bi uvijek bila u oba stanja, a također ni u jednom stanju, to jest dok ga promatranje ili mjerenje ne prisili da odabere stanje. Opet se prisjetite novčića.
Zamislite sada dva novčića upletena i okrenuta istovremeno na različitim krajevima svemira. Jednom kada zaustavite okretanje jednog novčića i otkrijete da je to glava, drugi novčić bi istog trenutka prestao da se vrti i također bi bio glava.
Ako vas ovo boli u glavi, u dobrom ste društvu. Čak je i Ajnštajn imao poteškoća sa zapetljavanjem nazivajući ga „sablasnom akcijom na daljinu“. Njegova briga bila je da dva predmeta ne mogu komunicirati brzinom bržom od brzine svjetlosti. Ono što je posebno zastrašujuće kod ovog fenomena je to što ta dva objekta uopšte ne komuniciraju u bilo kojem klasičnom smislu pojma komunikacija.
Zapletenost stvara potencijal za sve vrste napretka u računarstvu, od načina na koji stvaramo 100 posto sigurne komunikacije protiv cyber prijetnji, do krajnje mogućnosti teleportacije.
Soba za mogućnost
Pa, da li biste trebali kupiti kvantni računar? Odgovor nije tako jednostavan. Kubiti se moraju mnogo hladiti i izuzetno su sitne čestice kojima je potreban ogroman aparat veličine sobe. Za razliku od ENIAC-a nekada.
Međutim, kvantni računar možete koristiti besplatno ili ga iznajmiti za sofisticiranije aplikacije. Na primjer; IBM-ov Q dostupan je i kao okruženje za učenje otvorenog koda za svakoga, kao i moćan alat za fintech korisnike. Međutim, upozorit ću vas da, čak i ako ste navikli na programiranje računara, i dalje ćete se osjećati kao da učite sebe razmišljanju na potpuno stranom jeziku.
Istina je da bismo mogli biti okruženi sa 20 000 užarenih vakuumskih cijevi i 500 000 ručno zalemljenih žica. Jedva možemo zamisliti kakav će uticaj imati kvantni računar za deset do dvadeset godina. Ništa više od ranih korisnika ENIAC-a nije moglo predvidjeti zapanjujuće načine na koje danas koristimo digitalne računare.
Članak „The End of The Digital Revolution Is Coming: Here's What's Next“ autora Thomas Koulopoulos-a preveden je sa Inc.
