Kvantni čip Willow koji je otpuhan u nebo, je li doista tako božanski?

Googleov izvršni direktor objavio je novi kvantni računalni čip Willow, koji je odmah izazvao ludilo u globalnom tehnološkom krugu. Njegova nevjerojatna izvedba ne samo da je prokuhala krv tehnoloških entuzijasta, već je čak i najbogatiji čovjek na svijetu Elon Musk osobno otišao razgovarati s izvršnim direktorom Googlea o tome kako kvantna tehnologija može probiti granice ljudske civilizacije.

Međutim, je li to doista ono što propaganda kaže? Je li ovaj “legendarni” čip tako božanski? Hajde da vidimo.

Što je kvantno računalstvo?

Da bismo objasnili “magiju” kvantnih čipova, prvo moramo razumjeti što je kvantno računalstvo, ali moramo početi s tradicionalnim računalima. U srcu tradicionalnog računala stanja su koja se ponašaju poput prekidača koji je ili “uključen” (1) ili “isključen” (0). a računalne zadatke potrebno je dovršiti korak po korak

Svako računalo zapravo obrađuje informacije kroz beskonačan broj kombinacija ovih prekidača. Ali kvantna računala ne igraju svoje karte u skladu sa zdravim razumom. Njegova osnovna jedinica je kubit, a ovaj čarobni mališan može biti ne samo “uključen” (1) ili “isključen” (0), već i “uključen” i “isključen” u isto vrijeme (to se naziva superpozicija). Stanja superpozicije pokazuju eksponencijalno ubrzanje u rješavanju složenih problema. To znači da kvantni čipovi mogu riješiti probleme s kojima se tradicionalna računala jednostavno ne mogu nositi, kao što su razbijanje složenih kodova, simulacija molekularnog ponašanja i optimizacija sustava velikih razmjera. Na primjer, u razvoju lijekova, kvantni čipovi mogu brzo simulirati strukturu i kemijske reakcije molekula, uvelike skraćujući vrijeme za razvoj novih lijekova. U optimizaciji logistike olakšava planiranje optimalne distribucijske rute, štedeći troškove i vrijeme.

Ono što je još nevjerojatnije je da qubiti još uvijek mogu “komunicirati jedni s drugima”. Ovaj fenomen naziva se kvantna isprepletenost. Jednostavno rečeno, ako su dva kubita isprepletena, čak i ako su udaljena tisućama kilometara, promjena stanja jednog odmah će utjecati na drugi, što omogućuje kvantnim računalima da obrađuju ogromne količine podataka u isto vrijeme, daleko izvan mogućnosti tradicionalnih računala.

Ako koristimo realističniju analogiju, tradicionalno računalo je poput osobe koja traži knjige u knjižnici i može okretati samo jednu po jednu knjigu; A kvantno računalo je kao da imate beskonačan broj dvojnika, koji prolaze kroz cijelu knjižnicu u isto vrijeme i okreću sve knjige u sekundi.

Što je kvantni čip?

Kvantni čipovi su “mozak” kvantnih računala i temeljne hardverske komponente koje omogućuju kvantno računalstvo. Ponašaju se kao procesor u tradicionalnom računalu (poput Intelovog CPU-a ili Appleovih čipova M-serije), ali radi potpuno drugačije jer se temelji na zakonima kvantne mehanike, a ne na klasičnoj fizici. Jezgra kvantnog čipa su gore spomenuti qubiti, a Googleova Willow, ima 105 kubita.

Međutim, nije lako izgraditi kvantni čip. Qubiti se mogu implementirati na različite načine, kao što je korištenje tehnika kao što su supravodljivi krugovi, fotoni, ionske zamke ili kvantne točke. Među njima, Googleov najnoviji kvantni čip “Willow” koristi tehnologiju supravodljivog kvantnog kruga, koja je ujedno i trenutno najuobičajenija metoda implementacije. Bez obzira na korištenu tehnologiju, izrada kvantnih čipova iznimno je složena jer su qubiti vrlo osjetljivi na okoliš. Male fluktuacije temperature, lagane vibracije ili čak slabe elektromagnetske smetnje mogu uzrokovati “kolaps” stanja kubita i uzrokovati neuspjeh računanja. Kao rezultat toga, kvantni čipovi obično moraju raditi na ekstremno niskim temperaturama blizu apsolutne nule (oko -273°C), što postavlja iznimno visoke zahtjeve za dizajn hardvera.

Koje su revolucionarne prednosti kvantnog čipa Willow?

Kao što je ranije spomenuto, iako su qubiti sposobni postići veće mogućnosti od tradicionalnog računalstva, iznimno su krhki i osjetljivi na smetnje vanjskog okruženja. Kubiti brzo razmjenjuju informacije sa svojom okolinom, a ovo “curenje” može dovesti do kolapsa kvantnog stanja, čineći rezultate izračuna nepouzdanima. Da stvar bude gora, kako se povećava broj kubita, povećavaju se i pogreške, što bi na kraju moglo dovesti do kanonizacije ponašanja kvantnog računala, gubeći svoju jedinstvenu prednost.

Stoga u kvantnom računalstvu moramo izvršiti kvantnu korekciju pogrešaka, a temeljni cilj je riješiti inherentnu nestabilnost kubita. Budući da su qubiti vrlo osjetljivi na buku i smetnje, svaka mala promjena u okruženju može dovesti do pogrešaka. U tradicionalnom računalstvu pogreške se mogu ispraviti jednostavnim mehanizmom redundancije kontrolnog zbroja, ali u kvantnom računalstvu ova metoda nije primjenjiva. Jednom kada se kvantno stanje izravno izmjeri, ono će se “srušiti” u određeno stanje, uništavajući stanje superpozicije i isprepletenosti. Stoga kvantna korekcija pogrešaka zahtijeva složene algoritme i mehanizme fizičke redundancije za otkrivanje i ispravljanje pogrešaka bez mjerenja kvantnih stanja.
Međutim, čest problem s kvantnom korekcijom pogrešaka je taj što se s povećanjem broja kubita pogreške ne smanjuju, već se množe. To znači da što je veći opseg kvantnog računala, to je teže održavati “kvant” njegovih izračuna. Bez učinkovitih napora za smanjenje stope pogrešaka, potencijal kvantnog računalstva bit će teško ostvariti. Ovaj je izazov središnji izazov na tom polju otkako je Peter Shor prvi put predložio teoriju kvantne korekcije pogrešaka 1995. godine.
A Googleov kvantni čip Willow postigao je revolucionarni napredak u ispravljanju kvantnih pogrešaka. Prema istraživanju koje je Googleov tim objavio u časopisu Nature, Willow je bila prva koja je postigla mogućnosti kvantnog ispravljanja pogrešaka “ispod praga”. To znači da se s povećanjem broja kubita stopa pogreške smanjuje umjesto da raste.

Istraživački tim testirao je nizove kubita u različitim mjerilima na Willow čipu, skalirajući od mreže 3×3 qubita do mreže 5×5 do mreže 7×7. Sa svakim proširenjem, tim je iskoristio najnoviju tehnologiju kvantnog ispravljanja pogrešaka kako bi uspješno prepolovio stopu pogreške, postižući eksponencijalno smanjenje stope pogreške. Willow je također pokazao sposobnost ispravljanja pogrešaka u stvarnom vremenu. Ovo je važan korak prema praktičnoj upotrebi kvantnih računala, jer ako ispravljanje pogrešaka nije dovoljno brzo, pogreška može uništiti cijeli računalni proces prije nego što je izračun dovršen. Willowov sustav za ispravljanje pogrešaka u stvarnom vremenu osigurava da se izračuni uvijek izvode s visokom točnošću, a ovo je prvi put da je tako uvjerljivo ispravljanje pogrešaka u stvarnom vremenu postignuto u supravodljivom kvantnom sustavu. Upravo je ova vrsta sposobnosti ispravljanja pogrešaka ostvarila Willlow put da postane bog.

Willowin uspjeh nije samo proboj u znanstvenim istraživanjima, već i snažan signal za izgradnju uistinu praktičnog kvantnog računala. Njegova sposobnost ispravljanja pogrešaka “ispod praga” sugerira da se kvantna računala teoretski mogu beskonačno skalirati uz smanjenje stope pogrešaka. Ova sposobnost omogućuje pokretanje praktičnih i komercijalno relevantnih kvantnih algoritama, kao što je rješavanje složenih problema optimizacije koje tradicionalna računala ne mogu učiniti, simulacija kemijskih reakcija za ubrzanje otkrivanja novih lijekova ili dizajniranje učinkovitijih materijala i energetskih sustava.

Što je sljedeće za Googleov Willow čip?

Kvantno računalstvo je u kritičnoj fazi prelaska s teorijskog istraživanja na praktičnu primjenu, a Googleov kvantni čip Willow postavio je čvrste temelje za napredak u ovom području. Unatoč golemom potencijalu kvantnog računalstva, praktična primjena kvantnih čipova i dalje se suočava s važnim izazovima u ovoj fazi. Sljedeći cilj je demonstrirati prvo “korisno, izvan klasičnog” računalstva, odnosno implementaciju algoritama na kvantnim računalima koji mogu riješiti stvarne poslovne probleme. Willow polaže velike nade i očekuje se da će pomoći u postizanju ove povijesne prekretnice.

Što budućnost kvantnog računalstva čini? Kao obični ljudi, kako bismo na to trebali gledati?

Zbog visokih troškova proizvodnje i ekstremnih zahtjeva za preciznom tehnologijom, kvantno računalstvo će u kratkom roku teško ući u svakodnevni život običnih ljudi. Međutim, kao računalni sustav sljedeće generacije, ima veliki potencijal i vrlo je očekivan. Kao Willowin proboj ovaj put, možemo vidjeti da bi kvantno računalstvo moglo postupno prevladati sljedeće “epske” ljudske probleme u sljedećih nekoliko godina:

Otključati san o neograničenoj energiji – Provedba nuklearne fuzije iznimno je složena, uključuje fiziku plazme, kontrolu magnetskog zatvaranja i optimizaciju visokoenergetskih reakcijskih putova, što je veliko usko grlo za klasična računala. Kvantnim računalstvom možemo točnije simulirati ponašanje čestica u reakcijama nuklearne fuzije, optimizirati parametre uređaja za magnetsko zatvaranje, pa čak i predvidjeti dinamičko ponašanje plazme. Zamislite da će, kada kvantno računalstvo pomogne znanstvenicima otkriti stabilnije i učinkovitije puteve za reakcije nuklearne fuzije, čovječanstvo uvesti konačno rješenje za energiju.

Kvantna rješenja za spašavanje planeta – Klimatske promjene jedna su od najvećih egzistencijalnih kriza s kojima se čovječanstvo suočava, a količina podataka i složenosti modela potrebnih za predviđanje i odgovor na klimatske promjene daleko premašuje mogućnosti tradicionalnih računala. Kvantni čipovi mogu simulirati složeno ponašanje atmosferskih sustava, pomažući znanstvenicima da točnije predvide klimatske promjene i osmisle protumjere, kao što je optimizacija tehnologija hvatanja ugljika i simulacija procesa obnove prirodnih ekosustava.

Kvantno računalstvo i umjetna inteligencija: Ostvarite super AI koji integrira sve ljudske civilizacije

Kada se kvantno računalstvo susreće s umjetnom inteligencijom, kombinacija to dvoje može iznjedriti najmoćniji tehnološki sustav u povijesti, pa čak i potaknuti rođenje super AI – umjetne inteligencije koja može integrirati mudrost i civilizacijska dostignuća cijelog čovječanstva. Sa svojom ogromnom računalnom snagom, kvantno računalstvo može obraditi ogromne količine podataka do kojih klasična računala ne mogu doći, pružajući neviđenu podršku učinkovitosti za obuku i optimizaciju umjetne inteligencije. Ne samo da može ubrzati obuku modela, već i pomoći umjetnoj inteligenciji da simulira složene kvantne fenomene, optimizira strukture algoritama, pa čak i riješi uska grla koja se ne mogu probiti u trenutnim modelima umjetne inteligencije.

U budućnosti super AI ne samo da će biti brži i pametniji alat, već bi mogao postati “pametno skladište” za ljudsko društvo, sažimajući znanje, povijest i kulturu cijelog čovječanstva i ostvarujući sveobuhvatnu nadogradnju sa znanstvenog istraživanja na društveno upravljanje. Kvantno računalstvo dat će ovoj super-umjetnoj inteligenciji moćnu računalnu snagu koja će joj omogućiti rješavanje složenih problema na ljudskoj razini, kao što je točno predviđanje klimatskih promjena, optimizacija globalne raspodjele resursa, pa čak i pomoć u istraživanju misterija svemira. Ovo nije samo evolucija tehnologije, već i prilika da ljudska civilizacija dosegne nove visine.