Arhitektura kvantne mašine

Quantum physics tells us that no matter how thorough our observation of the present, the (unobserved) past, like the future, is indefinite and exists only as a spectrum of possibilities. The universe, according to quantum physics, has no single past, or history.

The fact that the past takes no definite form means that observations you make on a system in the present affect its past.

― Stephen Hawking

Negde tamo na temperaturi tek nešto iznad apsolutne nule (−273.15 °C), ili nula kelvina, izolovan od ostatka beskonačnog kosmosa nalazi se jedan kvantni računar. Tip mašina za koju se vezuju velike nade u nastupajućoj eri tehnologije u čujem će se centru sutra nalaziti. Mašine koje će nuditi toliku količinu računarske snage da će gotovo kao nikada do sada dovesti do revolucije u načinu kako naše živote živimo, ali i kakva ćemo dalja očekivanja imati. Baš zato na kvantne računare ne možemo gledati kao na standardne superkompjutere današnjice, jer oni to nikako nisu, već nešto posve drugačije… To su mašine bazirane na drastično novom pristupu računarskoj tehnologiji čije ćemo obrise u ovom tekstu probati makar da načnemo i time dodatno probudimo znatiželju, jer pre bilo kakvih prognoza u čemu će se ogledati prednosti upotrebe kvantnih računara, moramo od starta ispravno razumeti tu svojevrsnu fundamentalnu fiziku koja se nalazi u srži ovih nemani.

Moraćemo da uronimo u jednu drugu, minijaturnu, dimenziju ove još uvek strane tehnologije ljudskom umu ali i u ono kako danas shvatamo funkcionisanje standardnih računarskih sistema baziranih, pre svega, na intuitivnom razumevanju tehnologije, jer kvantna tehnologija upravo i počiva na suprotnosti ovom stanovištu: na subatomskom svetu kvantne mehanike gde je sve moguće.

Gde je sve verovatno.

Osamdesetih godina dvadesetog veka jedan od najvažnijih fizičara epohe Ričard Fajnman (Richard Feynman) naišao je na veliki problem u svojim gotovo pionirskim pokušajima da odškrine prozor ka revolucionarnoj ideji kvantne fizike koja je već počela da nagovešatava neverovatne mogućnosti skrivene u istoj. Problem je bio što je Fajman odmah na početku uvideo da su kvantni sistemi po svojoj prirodi izuzetno ranjivi kada ih posmatramo iz naše makro perspektive postojanja, te su informacije u njima skladištene skrivene od naše spoznajne svesnosti na jedan dublji, meta-sofisticirani način. Upravo zbog toga mi nismo u mogućnosti da direktno opažamo kvantne događaje – baš one koje je on želeo eksperimentalno da simulira. Tada je shvatio da postojeći računarski sistemi u ovom domenu nemaju ni približno dovojno snage za ono njemu potrebno, jer čim je počeo s dodavanjem prvih virtuelnih čestica u simulirani kvantni sistem odmah je uvideo dâ cena njihove potencijalne simulacije postaje astronomska i to u bukvalnom smislu te reči – jer sa svakim dodavanjem novih čestica u sistem potrebna računarska snaga postojećih procesora, baziranih na bitovima, počela je eksponencijalno da raste i vrlo brzo je postalo kristalno jasno da tu klasični računari nemaju šta da traže. Postaju skoro pa neupotrebljivi, zatrpani računskim zahtevima s kojima nikako ne mogu izaći na kraj u razumnim vremenskim okvirima. Jednostavno, nisu dovoljno optimizovani da isprate takav jedan brzo rastući nivo sistemske kompleksnosti kvantnih kalkulacija koje su u ovom slučaju neophodne, jer cilj nikako nije puko oponašanje kvantnih fenomena standardnim proračunskim metodama, poput rešavanja Šredingerove jednačine (Schrödinger equation), već je ideja bazirana na izgradnji sistema koji će raditi po principu kvantnih operacija na isti način kako se oni u prirodi opažaju i beleže.

Dakle, potrebno je da oni u svojoj procesorskoj osnovi zadovoljavaju princip neodređenosti (Heisenberg’s uncertainty principle).

Iz tog razloga, moralo se posegnuti za nečim novim.

Nečim revolucionarnim…

Za sâmi začetak kvantnog računarstva možda bi najispravnije valjalo uzeti 1980. godinu i fizičara Pola Beniofa (Paul Benioff) koji je tada predložio model kvantne mašine bazirane na Tjuringovim instrukcijama (Alan Turing) u izgradnje informatičkog sistema. Ubrzo Fajnman i Juri Manin (Yuri Manin) dolaze na ideju kako, ovako koncipirani kvantni računari, mogu vro precizno simulirati napredne kvantne modele rada, one kojima standardni računari nikako ne mogu prići iz ugla njihove klasične procesorske arhitekture koja prosto to ne može uspešno, hajmo to tako reći – renderovati u realnom vremenu. Svakako ne ni u najoptimističnijim vremenskim okvirima koji su potrebni ne bi li čitav projekat mogao da diše i dalje se razvija. Potom se 1994. dolazi i do prvog, radnog, kvantnog algoritma koji ima za cilj da tu sirovu kvantnu snagu uposli na valjani način koji će biti prilagođen arhitekturi ovog novog tipa procesora koji sada može da iskoristi prednosti koje jedna takva mašina sa sobom nosi – to polazi za rukom Piteru Šoru (Peter Shor) čiji algoritam sada služi za kreiranje nizova celih brojeva (integers).

Čisto da se naglasi o kakvoj vrsti tehnološkog proboja je ovde reč dovoljno je reći da ovaj algoritam komotno može poslužiti za razbijanje RSA enkripcije. RSA (Rivest–Shamir–Adleman) predstavlja algoritam za asimetričnu kriptografiju koji je prvenstveno namenjen šifrovanju podataka i danas se aktivno koristi u svim sistemima elektronskog potpisa. RSA predstavlja industrijski standard u oblasti asimetične kriptografije i zaštiti podataka, tako da je široko primenjen u mnogim sigurnosnim protokolima i sistemima elektronskog poslovanja.

Reč je o bezbedonosnom standardu – U.S. Patent 4,405,829.

Osvrnemo li se na tipičnu veličina tranzistora koji čine jedan procesor (CPU) recimo iz perioda 2018 njihov proces izrade bazira je na redu veličine koji iznosi tek oko 7 nanometara (nm), sve do 5 nm kod određenih modela zastupljenih na tržištu od 2020. godine. Da bi stvari stavili u perspektivu – jedan nanometar iznosi 0.000000001 (1×10⁻⁹), ili jedan milijarditi deo metra. Samim tim 7 nanometara predstavlja red veličine koji je 16 puta manji od prečnika HIV virusa, a čak do 1000 puta manji od jednor eritrocita. Realan problem s ovim konstantnim smanjivanjem procesa proizvodnje procesora iz godine u godinu ogleda se u tome što ulaskom jedan tako sićišni reon stvarnosti, sredinu veličine tek nekolik atoma, mi dopiremo u svet u kojem počinju da se događaju vrlo čudne stvari. Stvari koje našom svakodnevnom logikom nikako više ne možemo da očekujemo – dolazi do kvantnog tunelovanja (quantum tunnelling), pojave kada elektroni počinju da se pojavljuju s druge strane barijera izvan kojih ne bi smeli da se nađu.

I to počinje da postaje još ozbiljan, učestao problem sa standardnim računarskim jedinicama.

Baš tu tradicionalni računari i de facto postaju besmisleni, neupotrebljivi i taj momenat preti da postane realna fizička barijera za naš dalji tehnološki razvoj, zato se sada vraćamo razvoju tehnologije za izradu kvantnih procesora čija je ideja bazirana na sledećoj premisi:

šta ako bi napravili uređaj izvorno baziran na kvantnim česticama, koji bi koristio sve te fenomene koji tu počinju da se ispoljavaju?

Jedna takva mašina bi bila u mogućnosti da radi na način apsolutno nemoguć standardnim kompjuterima – dâ radi prema postulatima kvantne fizike, čime gore pomenuti problem vešto zaobilazimo.

U tom trenutku u vremenu rođena je funkcionalna ideja kvantnog računara. Ideja bazirana na snu jednog čoveka koji je želeo da poveže dva dijemetralno suprotna sveta – sveta utemeljenih na različitim mikro/makro principima postojanja, a opet skupno neophodnih za život u svetu kojem smo. Tada je započeta složena i postepena izgradnja tog, slobodno možemo reći, metafizičkog mosta čiji je cilj bio jedinstven – da poveže fenomene kvantne fizike direktno s ljudskim umom beskrajno, fraktalno, udaljenim od tog kvantnog sveta, a čiji bi se dragulji koristili za do tada ideje nepojmljive praksi, tehnologije i mnoge druge praktične primene za koje još uvek ni ne znamo da će nam biti potrebne.

Zato sada moramo da razumemo princip funkcionisanja kvantnih računara. Njihovu bazičnu strukturu.

To znači da moramo uroniti u srž njihovog rada, u srce kvantne fizike.

U koncept amplituda, odnosno iskorišćavanja fenomena verovatnoće.

Pojednostavljena vizuelizacija amplitude kvantne verovatnoće

Evo šta nam klasični principi i pravila verovatnoće nude ukoliko želimo da bacimo novčić 20 puta u želji da dobijemo pismo kao rezultat bacanja:

jednostavno saberemo verovatnoću svih mogućih ishoda koji su se desili u dvadeset bacanja novčića, jednakih dobijenom pismu kao krajnjem rezultatu.

Dakle, jednostavno je. Dovoljno je da uposlimo zdrav razum i logiku. No, problem je što u kvantnim odajama prirode logika, kao takva, ne postoji, te racionalno mišljenje na koje smo navikli da se svakodnevno oslanjamo tamo nema utemeljenja. S ove druge strane prirode važe i neke drugačije fizičke zakonitosti. Tamo je od krucijalnog značaja to da pre bilo kakvog merenja subatomske čestice u sistemu s kojim radimo, na istu moramo gledati kao na talas verovatnoće ishoda (wave of probability) koji postoji u svojevrsnoj, imaginarnoj, crnoj kutiji – odnosno kvantnom sistemu s velikim brojem mogućnosti iste na različitim mestima. Ovde jasno možemo videti kako kvantna mehanika, u njenoj osnovi, predstavlja promenu u paradigmi verovatnoće te se upravo na tom mestu se i krije srž budućeg kvantnog računarstva: u sistemu koji će svoje računarske sokove crpeti iz tih različitih pravila verovatnoće u odnosu na standardne sisteme.

Krucijalna razlika između ova dva računarska pristupa je u tome što kada verovatnoću posmatramo kroz prizmu standardne fizike ona je uvek u opsegu između nule i jedinice. Drugim rečima – ili nešto jeste, ili nije. S druge strane, amplitude predstavljaju kompleksni brojevi. Te ako bi, recimo, želeli da dobijemo amplitudu kao odgovor na određeno pitanje da li će se nešto dogoditi, ili ne, mi moramo da saberemo amplitude svih mogućih ishoda kako se nešto može manifestovati. I tek kada saberemo sve neophodne amplitudne rezultate mi možemo videti da li je došlo do pojave neke novine u sistemu – onda kada čestica dosegne određenu poziciju s pozitivnom amplitudom, a drugu negativnom. Kada se to desi te dve amplitude poništavaju jedna drugu i vrednost se vraća na nulu. To znači da se takav jedan ishod ne može u stvarnosti očekivati i to se direktno odnosi na već pomenuti princip različitih pravila verovatnoće. Dakle, amplitude su povezane s verovatnoćom na način da nešto možemo putem njih uočiti. Drugim rečima – njima jurimo promenu u sistemu. I upravo taj mehanizam čini fokalnu tačku kvantne mehanike koja čitav naš fizički svet opisuje gomilom različitih amplituda na osnovu kojih možemo zaključiti koliko je nešto verovatno, ili manje verovatno, da se dogodi. Samim tim i način na koji se fizički sistem tokom vremena menja utemeljen je na linearnim transformacijama već pomenutih amplituda.

Sistem baziran na detekciji promena u amplitudama.

Način na koji možemo koristiti amplitude za izgradnju računara baziranom na fenomenima kvantne mehanike kao njegovom matematičkom pogonu i pomoću kojih možemo manipulisati informacijama i skladištiti ih na ovom najbazičnijem nivou kvantne razine jeste – kjubit (qubit, qbit). Kjubit predstavlja osnovnu mernu jedinicu kvantnog računarstva, poput bit-a (bit) u standardnoj računarskoj arhitekturi, ali s jednom itekako bitnom razlikom a to je da je bit binaran, što znači da on skladišti podatak u nizu (string) cifara koje mogu biti načinjene samo od elemenata:

0 i 1

.

Istovremeno kjubit, obzirom da je predstavljen subatomskom česticom, operiše u skladu sa subatomskom logikom.

To eksplicitno znači da kjubiti mogu biti:

i 0 i 1, kao i tzv. linerana kombinacija nule i jedinice

drugim rečima: i nula i jedinica istovremeno

Upravo ovu fluidnu kombinaciju amplituda nalazimo u srži kvantnog računarstva, jer pre nego što izvršimo prvo merenje, odnosno beleženje kjubita, kjubit istovremeno postoji u stanju znanom kao superpozicija (superposition), dok odmah nakon čina merenja i mi sâmi postajemo deo tog izmerenog sistema, bivamo entenglovani (entangled) s njim, te beležimo rezultat iz ugla tog sada novonastalog scenarija čiji smo i mi neraskidivi deo [neki bi rekli da se u tom trenutku i sâm kosmos račva u dve grane – u jednoj mi beležimo jedan rezultat sloma superpozicije, u drugom drugi i upravo u tome nalazimo i razreženje na čuvenu pojavu koju je još Albert Ajnšatjn nazvao spooky action at a distance].

Takvo stanje najlakše se može zamisliti kao kvantna verzija raspodele verovatnoće (probability distribution), gde za svaki kjubit važi da poseduje amplitudu u vrednosti 0 i amplitudu u vrednosti 1. Baš u ovom mehanizmu superpozicije nalazi se glavni adut na osnovu kojeg kvantni računari u neverovatnoj meri nadmašuju moć i najsavremenijih klasičnih kompjutera, te su u stanju da skladište i manipulišu podacima koje teško da možemo ispravno i da zamislimo, a kamo li da vidimo cilj do kojeg će nas ova moćna tehnologija jednog dana uzdići i šta će nam sve tada omogućiti.

Kvantna mehanika kjubita

Takođe ovde moramo detaljnije pojasniti pojavu pomenutu u prethodnom pasusu, pojavu kvantnog preplitanja koje je jednako bitno za opšte razumevanje arhitekture jedne kvantne mašine.

Naime, kada imamo dva ili više kjubita u zatvorenom stanju superpozicije, oni tada jedni prema drugima bivaju zaključani u fenomenu u današnjoj nauci poznatom kao – kvantna sprega ili isprepletanost (entanglement, quantum entanglement). To znači da će krajnji ishod, kada ga u trenutku zabeležimo, uvek biti matematički srodan, te na osnovu toga možemo uvek znati stanje druge čestice u odnosu na zabeleženi spin prve, što predstavlja takođe jedan od bitnijih momenata u radu na omogućavanju jedne ovakve mašine. Generalno, kvantnom isprepletenošću opisujemo karakteristike i korelacije među delovima kvantnog sistema, sistema koji se bitno razlikuje od korelacija na koje uobičajeno nailazimo kada jer reč o standardnim, fizičkim sistemima. Onim koje pronalazimo i izučavamo u klasičnom svetu koji nas okružuje, te svakodnevnim doživljajima istog.

Za analogiju nam može poslužiti jednostavan primer čitanja knjige: kada svaku od njenih strana pojedinačno i izolovano čitamo, jednu-po jednu, mi tada nismo u mogućnosti da vidimo bilo šta drugo do fragmente podataka knjige koji su nam kao takvi skoro pa apsolutno beznačajni, sve do trenutaka dok se ne nađemo i na njenim preostalim stranama, onih do kojih još uvek nismo došli. Tek tada mi gradimo punu sliku. Dobijamo informaciju. A sve do tog momenta mi vidimo tek nekakve nasumične fragmente podataka koji mogu predstavljati bilo šta, zato što generalna informacija nije utisnuta na svakoj pojedinačnoj strani knjige, već jedino u korelaciji s drugim podacima među njima, kao i njima srodnim. Samim tim da bi knjigu čitali mi moramo da posmatramo (pamtimo) više njenih stranica istovremeno, ne bi li počeli da konstruišemo informaciju za kojom čitajući tragamo – krećući se od podatka do podatka. Ukoliko bi sada isto tako želeli da demonstiramo i opišemo kvantno isprepletana stanja koristeći se samo standardnim bitovima podataka, to bi ovu operaciju veoma zakomplikovalo.

Gotovo bi je učinilo nemogućom sa stanovišta tehnologije koju danas vrlo dobro poznajemo, a da bi nivo kompleksnosti koji pominjemo ispravno demonstrirali, zamislite da posedujete primitivni 10-kjubitni računar.

On, kao takav, aktivno može uskladištiti 2¹⁰ vrednosti paraleleno. No, kada bi ovu istu konfiguraciju probali da svedemo na arhitekturu klasičnog računara, za to bi nam bilo potrebno 16 kilobajta (kilobytes) memorije, odnosno 16 hiljada bitova. Proširimo li ovo na tek 500 entenglovanih kjubita nekog malo savremenijeg kvantnog računara odjednom dolazimo do frapantne potrebe za više klasičnih bitova nego što ima atoma u nama znanom univerzumu. Tek s ovim primerom možda postaje očitija razlika između ova dva pristupa računarskim sistemima koje komotno možemo opisati zemljom i nebesima. To je upravo onaj trenutak kada je i Fajnaman rekao kako klasični računarski sistemi nisu nikako skalabilni spram problema pred kojim se našao: pred potrebom da simulira procese unutar sâme kvantne mehanike.

Demonstracija nemerljive siline kjubita

Nije li zbog toga još i Šredinger (Erwin Schrödinger) konstatovao:

I do not like it, and I am sorry I ever had anything to do with it!

No kako bi nam kvantna mašina bila od ikakve realne koristi ona mora biti u stanju da beleži informacije iz kjubita i njegovih egzotičnih stanja postojanja, a problem je u tome što čim izvršimo osmatranje sistema on se urušava u jedno od klasičnih sistemskih stanja – nule ili jedinice. Činom merenja mi kvantni sistem forsiramo da nam dâ konkretnu vrednost, urušavanjem njegove superpozicije. A da bi izvukli odgovor iz kvantnog sistema koji nije baziran na nasumičnom ishodu ovakvog vida verovatnoće, kao što je u slučaju analogije bacanja novčića, moramo se osloniti na interferenciju (wave interference).

Iz ugla klasične fizike primer interferencije možemo naći u talasanju vodene površine nakon što mir iste poremetimo ubacivenjem nekoliko predmeta, poput kamenčića. Svaki od objekata upalih u fluid izazivaju talasanje njene površine – jedan izaziva talase bliže obali, dok drugi izaziva talase dalje od obale i kada se susretnu oni jedni druge poništavaju. To nam jasno predočava da je interferencija isto ono što se s amplitudama dešava kada ih sabiramo – ukoliko se nešto dogodi s polovinom jedne amplitude, druga polovina druge amplitude poništava prvu, odnosno njihova vrednost postaje jednaka nuli. To se dešava i u čuvenom eksperimentu s dva proreza (The double-slit experiment, Thomas Young). Na taj način se zatvara jedna od potencijalnih putanja ishoda i tada vidimo kako ono što se do tada nije dogodilo ipak može da se desi. U tom principu krije se jedan od prvih kvantnih algoritama po kojem je moguće koristiti ove prve, još uvek jednostavne, kvantne računare, a koji će se vremenom samo eksponencijalno usložnjavati sve do momenta kada klasični kompjuteri više nikako ne budu mogli da im pariraju. Ni na jedan zamislivi način a da on ne uključuje potrebne vremenske skale reda veličine starosti celokupnog našeg kosmosa, pa i mnogo-mnogo puta više od toga. Na taj način naučnici su sebi omogućili mehanizam za upregnuće interferencije, kreirajući od iste determinističku sekvencu tzv. kjubitnih kapija (Quantum logic gate) koje predstavljaju jedan od modela kvantnih kola za širu primenu u računarstvu, baratajući za sada samo s malim brojem kjubita. To je kvantni pandan klasičnim logičkim kapijama (logic gate). Na ovakav način primenjene, ove kjubitne kapije mogu izazvati konstruktivno dodavanje amplituda, što znači da time dobijamo matematički garantovani porast verovatnoće da uočimo jedan od tačnih rezultata. Amplitudnih pikova (peek).

Ovde je sasvim u redu i zapitati se kako je uopšte moguće skoncetrisati sve ove parametre na tačan odgovor, onda kada ni sami ne znamo unapred koji je to odgovor ispravan?

Upravo je iz ovog razloga teško dizajnirati i konstruisati jedan kvantni algoritam, zbog čega imamo i čitavo jedno naučno polje koje se ovom problematikom bavi već decenijama unazad. Ipak, okvirno od 1994. godine beleži se više značajnijih proboja na polju kvantnih algoritama, s teoretskim primenama na drugim naučnim poljima poput elektronske i internet bezbednosti, kao i optimizacije algoritama za pretragu velikih količina podataka, baš poput onih kojima raspolažu velike internet kompanije poput Google-a i drugih.

Primer kvantnog algortima i mehanizam njegovog funkcionisanja

Što se tiče nekih skorijih vremenskih okvira i proboja na ovom polju razvoja, Google u partnerstvu sa NASA-om (U.S. National Aeronautics and Space Administration) od 2019. godine tvrdi da postiže rezultate kvantnih kalkulacija koje po prvi put bivaju nemoguće da se ponove bilo kojim klasičnim računarskim sistemom (tu se svakako misli na današnje superkompjutere i vremenske odrednice koji izlaze iz okvira izvodljivih), čime se po prvi put u istoriji tehnološkog razvoja demonstrira čuvena kvantna nadmoć (quantum supremacy). Ovakav uspeh postignut je posebno konstuisanim procesorom koji poseduje tek 53 kjubita, srce kavntne mašine Sycamore. Ovo postignuće, iako još uvek spada među prve konkretne konstruktorske korake nedvosmisleno govori o snazi promena na čijem smo pragu, te nagoveštava itekako interesantnu budućnost na polju razvoja kvantnih tehnologija koje će u velikoj meri po snazi uveliko nadmašiti sve što danas posedujemo. Sveukupno.

Pored Google-a u ovoj trci učestvuju i drugi tehnološki giganti poput IBM, D-Wave (prvi su počeli s komercijalnom prodajom), Honeywell, Xanadu i drugih. IBM trenutno prednjači u broju kjubita koje koristi u svojim procesorskim jedinicama – oni raspolažući sa 65 kjubita po procesoru, dok im je u planu da do 2023. godine broj kjubita podignu do cifre od 1000. Takođe, IBM prednjači po još jednom kriterijumu razvoja ove nove tehnologije nudeći usluge svojih kvantnih računara sa 5 do 16 kjubita putem free-to-acces cloud-a svim korisnicima mimo matične kompanije. Zainteresovanoj javnosti i svima koji su spremni da se upuste u istraživanje ovog vrlog novog naučnog polja. To je jako dobar potez jer se time šira naučna javnost upoznaje s ranim fazama razvoja kvantnih algoritama, tehnologije izrade ovih specifičnih procesora i mogućnosti primene i načina razvoja prvih potencijalnih aplikacija koje bi služile za rad unutar ovih naprednih sistema.

Naravno, ovde moramo pomenuti i takmace s druge strane planete jer Kina svakako ne čeka skrštenih ruku, te se i sama upustila u ovu trku nudeći jedno drugačije rešenje od onog kojem naginju Google i IBM. Naime, Kina je svojim razvojem na polju kvantnog računarstva pri USTC (University of Science and Technology of China) dostigla kvatnu nadmoć ali na jednom modifikovanom modelu konstrukcije. Njihov razvojni tim odlučio je da svoje procesore bazira na fotonima kao elementarnim česticama na kojima bazira rad svojih kvantnih računara, što im, s jedne strane, daje prednost u odnosu na glavne takmace sa severno-američkog kontinenta jer ovakav vid mašine neometano može funcionisati čak i na sobnoj temperaturi, dok pri standardnom razvojnom pristupu veliki problem predstavlja potreba da se kontantno održavaju temperaturni uslovi oko apsolutne nule zarad kreiranja kvantnih efekata koji su od ključne važnosti. Isto tako, računari bazirani na fotonima u stanju su da te iste kvantne efekte održe u mnogo dužim vremenskim intervalima – umesto da traju svega nekoliko milisekundi ovako tretirani mogu se održavati i do nekoliko sati. Samim tim fotonski kvantni računari su i mnogo jeftiniji za proizvodnju, kao i za kasnije održavanje. Jedina mana ovih fotonskih mašina ogleda se u njihovim gabaritima, jer takvi sistemi nakon izvesnog vremena razvoja i ulaganja postaju fizički preveliki zbog potreba za različitim laserima i drugim optičkim instrumentima koji su im za rad neophodni u manipulaciji svetlosnim česticama.

Na kraju, kada generalno sagledamo klasične računarske mašine u odnosu na ove naprednije kvantne strojeve postaje sasvim jasno to što svaki klasični računarski problem može biti (drastično brže) rešen kvantnim računarom (Church–Turing thesis), dok je obrnuti proces gotovo nemoguć. U stvari, jeste moguće kvantni problem zadati klasičnim računaru, jedino što bi na rezultat u određenim slučajevima čekali duže od nekoliko desetina milijardi godina!

Da, dobro ste pročitali.

Starost našeg sadašnjeg kosmosa ne bi bila ni približno dovoljna za određene bitne operacije i to dovoljno govori o kolikoj je razlici ovde reč. U ovom odnosu leži puna snaga značaja malopre pomenute kvantne nadmoći, kao dokaza ispravnosti brojnih pretpostavki kroz koje smo ovde prošli. Sva kompleksnost određenih računarskih problema, u odnosu na kvantnu revoluciju koja je na pomolu, proučava se kroz posebno naučno polje znano kao teorija kvantne kompleksnosti (quantum complexity theory).

Prema mišljenjima vodećih eksperata na polju kvantnog računarstva svi ovi pomenuti pomaci i primene još uvek predstavljaju početne faze u razvoju ove nadolazeće tehnologije koja će nam, gotovo izvesno, jednog dana u budućnosti dati odgovore na mnoga pitanja koja još uvek, u nedostatku hardverskih mogućnosti savremenih superračunara, još uvek ne znamo ispravno ni da formulišemo, a kamo li da na njih damo smislene i funkcionalne odgovore. Tada ćemo ovim uređajima biti u istinskoj mogućnosti da zavirimo duboko u skrivene mehanizme prirode, mehanizme koji se odvijaju daleko od očiju i instrumenata kojima danas masovno raspolažemo.

Takvim mašinama uronićemo u tajne opšte fizike na način koji je još i danas nezamisliv. Nesaglediv.

No, za sada je potrebno još malo vremena, jer sa svakim novim probojem dolazi i do plime novih ideja koje dalje moraju biti razrađivane. A možda je čak i najlepše od svega upravo to što ni ne znamo šta ćemo ovim napretkom tačno dobiti. Što se čini da su mogućnosti koje naslućujemo mnogo dalje od onoga u šta za sada verujemo i što držimo za provereno i utemeljeno.

Rečima velikog Fajnmana:

The ”paradox” is only a conflict between reality and your feeling of what reality ”ought to be”.

Za P.U.L.S.E Dražen Pekušić

arsmagine.com/objavljivani-tekstovi/kvantna-masina/

  kjubit, kvantna fizika, kvantna mehanika, kvantni računari, računari, tehnologija