Квантын компьютер нэгэн зэрэг дөрвөн утга илэрхийлэх чадвартай

Квантын механикийн санаанд оромгүй шинж чанарыг шинэ төрлийн компьютер бүтээхэд ашиглах санааг анх нобелийн шагналт физикч Ричард Фейнман дэвшүүлсэн юм. Тэр цагаас хойш 40 жил, Google компани бүтээсэн компьютерээ “квантын давамгайлал” гэгддэг тэрхүү хязгаарт хүрч чадсаныг мэдэгдсэнээс хойш 10 жил өнгөрөөд байгаа ч энэхүү аргын давуу талыг бичих нь хэрхэн ажилладаг зарчмыг тайлбарлахаас илүү амар хэвээрээ. Квантын тооцооллын үндэс болдог квантын механикийг ойлгох гэвэл хайрцаг доторх муур үхсэн үү, амьд уу гэх мэт оюун санааны өчнөөн олон оргилыг давах хэрэг гарна.

Квантын компьютерыг шохоорхох учир

Квантын тооцоолол нь хиймэл оюун (Artificial Intelligence), нэмэлт бодит байдлын (Augmented Reality) хамтаар дэлхий ертөнцийн төрхийг өөрчлөх гол гурван технологийн нэг хэмээн Microsoft Corp-ын гүйцэтгэх захирал Сатья Наделла үздэг. Хэтийн алсдаа квантын компьютерүүд өнөөгийн хамгийн гавшгай супер компьютер сампин шиг санагдахаар хүчирхэг болж болзошгүй. Харин одоохондоо уншигч таны зөөврийн компьютер асуудлыг илүү гавшгай шийдвэрлэж чадна. Квантын тооцоолол нь химийн урвалын илүү үр дүнтэй катализ үүсгэх, шинэ төрлийн эм бүтээх, үйлдвэрлэлийн ложистик, ханган нийлүүлэх сүлжээг тодорхойлогч алгоритмыг сайжруулах зэрэг эхлээд хэрэг болох төлөвтэй.

Квантын компьютерыг ямар компани бүтээж байна вэ?

Канадын D-Wave Systems Inc компани 2011 онд анхны квантын компьютерээ худалдаанд гаргасан нь математикийн тодорхой төрлийн тооцоо л гүйцэтгэх чадвартай байв. International Business Machines (IBM), Alphabet Inc-ийн Google, Intel, Калифорнийн Беркли дахь Rigettin Computing стартап ч квантын компьютер бүтээсэн. Intel компани хагас дамжуулагчийн технологид суурилсан квантын чипийг судлаачдад нийлүүлж байгаа. Microsoft компани арилжааны хэрэглээнд илүү хэрэг болохуйц квантын компьютер бүтээх тусгай хөтөлбөр хэрэгжүүлдэг. БНХАУ Квантын Мэдээллийн ухааны үндэсний лабораторийг 10 тэрбум ам.доллараар байгуулж байна.

Квантын компьютер яаж ажилладаг юм бэ? 

Квантын компьютер нь тооцоо хийхдээ уламжлалт ердийн компьютерын адилаар маш өчүүхэн хэлхээ ашигладаг юм. Гэхдээ суперпозиц, ээдрээ гэсэн квантын хоёр ер бус үзэгдлийг ашигладгаараа ердийн компьютерээс ялгаатай. Ердийн компьютер нь “0”, “1” гэсэн хоёр боломжит утгын нэгийг л илтгэдэг бит хэмээх нэгжээр мэдээллийг боловсруулдаг. тэгвэл квантын компьютер нь кубит буюу квантын бит хэмээх өөр нэгж ашиглана. Кубит нь нэг дор “о”, “1” гэсэн хоёр утгыг зэрэг илэрхийлдэг. Ийм учраас нэг кубит нь дөрвөн утга, гурван кубит нь найман утга илэрхийлэх гэх мэтээр үргэлжилнэ. Үүнийг суперпозиц гэж нэрлэдэг юм.

Ээдрээ (entaglement) гэж юу вэ?

Ердийн компьютер тооцоолол үүсгэж буй инженерүүд бит тус бүрийн статусыг бусад битүүдээсээ хамааралгүй байлгахад байдаг хүч хөдөлмөрөө зориулдаг. Харин квантын компьютерт кубит бүр нь ойролцоох бүх кубитдээ нөлөөлж хамтран ажилладаг байж шийдэл гаргана. Чухамдаа суперпозиц, ээдрээ хоёр л квантын компьютер илүү их мэдээллийг хавьгүй бага хугацаанд тооцоолох боломж олгодог юм.

Кубитыг яаж үүсгэдэг вэ?

Онолын хувьд квант-механикийн шинж чанар бүхий бүх зүйлсээр кубит үүсгэх явцыг удирдан жолоодож болно. IBM, D-Wave, Google нь хэт дамжуулах шинж чанар бүхий өчүүхэн хэлхээ ашиглаж байхад бусад нь хагас дамжуулагч, зарим нь энэ хоёрыг хослуулан ашиглаж байна. Зарим эрдэмтэн залагдмал ион, фотоны лугшаа, электроны тойрох хөдөлгөөн ашиглан кубит үүсгэж байгаа. Энэ бүх аргаар кубит тооцоолол хийхийн тулд гүн сансарт байдгаас 180 дахин хүйтэн орчин үүсгэх гэх мэт тусгай нөхцөл шаардана.

Би хэзээ квантын компьютертэй болох вэ?

Хоёр шалтгааны улмаас та мөддөө квантын компьютертэй болж чадахгүй. Эхнийх нь тооцооллын хүчин чадал одоогоор бага байгаа явдал. Гэхдээ Google компани өөрийнх нь квантын компьютер “квантын давамгайлал” гэгддэг, ердийн сонгодог компьютерын гүйцэтгэж үл дийлэх тэрхүү хязгаарыг давсан тооцоолол гүйцэтгэсэн тухай аравдугаар сард мэдэгдсэн. Квантын компьютерынх нь 200 секундэд гүйцэтгэсэн тооцооллыг өнөөгийн хамгийн шаламгай супер компьютер 10 мянга орчим жилд гүйцэтгэнэ хэмээн Google тайлбарлаж байна. Гэхдээ уг мэдэгдлийг няцаасан IBM-ын судлаачид хангалттай багтаамжтай хатуу диск бүхий ердийн компьютер дээрх тооцооллыг 2.5 хоногт гүйцэтгэнэ хэмээн маргасан юм. Юутай ч эхэн үеийн квантын компьютерүүд хими, физикийн тодорхой төрлийн математик тооцоонд л сайн эд байх болно. Хоёр дахь шалтгаан нь тооцооллын алдаа. Эрдэмтэд одоогоор секундыг олон дахин хуваасны нэгтэй тэнцэх хэмжээнд л кубитийг квантын төлөвт байлгаж чадаж байгаа. Гэтэл уг хугацаа нь бүрэн алгоритм боловсруулахад дэндүү богино байгаа юм. Квантын төлөвөөс “унасан” кубитүүд тооцоололд алдаа үүсгэдэг.