Ribos: kvantiniai kompiuteriai

Skott Aaronson

Satyriniame savaitraštyje Onion pasirodė antraštė: „Haggaro“ fizikai išrado „kvantines kelnes“ (Haggar Physicists Develop ‘Quantum Slacks’, www.theonion.com/content/node/28385). Straipsnyje šios kelnės yra pavadintos Šrėdingerio kelnėmis (angl. Schrodinger’s Pants), toks pavadinimas sugalvotas remiantis fizikams žinomu Šrėdingerio katės (angl. Schrodinger’s cat) paradoksu – mintiniu eksperimentu, kuriame kvantinės fizikos dėsniai taikomi mūsų pasauliui. Straipsnio autoriai pasakoja skaitytojui, kaip šios ne pagal Niutono fizikos dėsnius (t. y. pagal kvantinės fizikos dėsnius) pagamintos kelnės vienu metu gali būti ir laisvalaikio, ir dalykinis drabužis. Onion rašytojai akivaizdžiai išjuokė apie kvantinius kompiuterius pasakojančius straipsnius, kurių daug pasirodė pastarąjį dešimtmetį.

Dažniausiai juose daroma klaida (pavyzdį galite rasti 2007 vasario 15 d. The Economist savaitraštyje) – tikimasi, kad kvantiniai kompiuteriai galės susidoroti su matematikos iššūkiais: NP sudėtingumo klasės sudėtingiausiais (angl. NP-complete) uždaviniais, kurių neįmanoma gana greitai išspręsti net su greičiausiais turimais kompiuteriais. Jei kvantiniai kompiuteriai ir pajėgs tai kada nors padaryti, tai ne todėl, kad jie bus dvilypiai, o tik todėl, kad jų įranga leis akimirksniu pateikti reikiamą atsakymą.

Jei iš tiesų galėtume sukonstruoti magišką kompiuterį, galintį akimirksniu išspręsti bet kurį sudėtingiausią NP sudėtingumo klasės uždavinį, pasaulis taptų visai kitoks – stebuklingųjų kompiuterių tiesiog galėtume paprašyti rasti dėsningumus vertybinių popierių biržų pateikiamuose duomenyse, pasakyti, koks rytoj bus oras ar atskleisti, kaip smegenyse koduojama informacija. Kitaip, nei dabartiniams kompiuteriams, jiems tai būtų gana paprastas darbelis, o mums nereikėtų gilintis į nagrinėjamas problemas. Šie kompiuteriai galėtų automatizuoti matematinę kūrybos dalį. Galėtume paimti matematikos Gralio taurę, neišsprendžiamus uždavinius, tokius kaip Goldbacho problema (angl. Goldbach`s problem) ar Rymano hipotezė (angl. Riemann hypothesis), kurių sprendimų nerandama jau daugiau nei šimtmetį, ir paliepti kompiuteriui išanalizuoti visas galimas įrodymo galimybes. Reikėtų tik nurodyti, kad mus domina, pavyzdžiui, ne ilgesnis nei milijardo simbolių įrodymas, nes sunku patikėti, kad dar ilgesnį galėtume perskaityti.

Tačiau kvantinių kompiuterių, pasižyminčių tokiomis dieviškomis matematinėmis galiomis, pamatyti parduotuvėse galime tikėtis ne anksčiau nei jose atsiras variklių, leidžiančių pasiekti didesnį už šviesos greitį ar antigravitacinių skydų. Neturėtume priimti panašių svaičiojimų už gryną pinigą, tačiau lygiai taip pat nebūtų teisinga kvantinius kompiuterius palikti mokslinės fantastikos sričiai. Tiesiog reikėtų pabandyti suprasti, kokios iš tiesų yra kvantinių kompiuterių galimybės ir ką jie galėtų nuveikti, jei juos turėtume.

Praėjus 26 metams nuo tada, kai fizikas Ričardas Fainmanas (Richard Feynman) pasiūlė kvantinio skaičiavimo idėją, IT specialistai gerokai pasistūmėjo į priekį ieškodami, kokiems uždaviniams spręsti geriausiai tiktų kvantiniai kompiuteriai. Remiantis dabartinėmis žiniomis, kvantiniai kompiuteriai galėtų gerokai greičiau apskaičiuoti tam tikrus uždavinius (pavyzdžiui, iššifruoti kriptografinius kodus, plačiai naudojamus atliekant pinigines perlaidas internetu). Kitus uždavinius (šachmatų žaidimo ėjimų skaičiavimo, skrydžių organizavimo ir valdymo, teoremų įrodymo) dėl algoritmų netobulumo jie spręstų ne ką geriau nei dabartiniai kompiuteriai. Šie netobulumai visiškai nesusiję su praktinėmis kvantinių kompiuterių kūrimo kliūtimis, tokiomis kaip atsiejimas (angl. decoheration – nepageidaujama kvantinio kompiuterio ir jo aplinkos sąveika, lemianti klaidas). Dabartinės matematikos ribotumas nedings, net jei fizikai sugebės išvengti atsiejimo reiškinio ir sukonstruoti kvantinį kompiuterį.

Daugiau skaitykite birželio mėnesio numeryje