10 000 aastat arvutusi 200 sekundiga: kuidas Google'i kvantarvuti seljatas tavaarvutid

Google'i kvantarvuti tegi vähem kui nelja minutiga sellise hulga tehteid, mis maailma võimsaimal tavalisel arvutil võtaks aega 10 000 aastat.

Nii on pandud alus esimesele täisfunktsionaalsele kvantarvutile, millega saaks välja töötada tõhusamaid ravimeid, luua nutikamat tehisintellekti ning lahendada universumi keerukaid ja saladuslikke mõistatusi, vahendab ajakiri Imeline Teadus.

Aastal 2012 pakkus teoreetiline füüsik John Preskill termini, mida ta ise nimetas kvant­ülimuslikkuseks või kvant­ülemvõimuks (ingl quantum supremacy). Nimetusest vast olulisem on asja sisu: Preskill defineeris seda kui hetke, mil kvantarvuti suudab teha asju, milleks pole klassikaline arvuti võimeline.

Seitse aastat hiljem, 2019. aasta sügisel, astus kvantülimuslikkuse verstapostist mööda Google’i kvantarvuti Sycamore.

See lahendas kõigest 200 sekundiga ülesande, mille matemaatikud olid koostanud nii pööra­selt keerukana, et maailma võimsaimal klassikalisel IBMi superarvutil Summit võtnuks lahendusele jõudmine 10 000 aastat. Nii on Sycamore 158 miljonit korda kiirem kui maailma kiireim superarvuti.

Kvantarvuti kasutab kvantmehaanika mängureegleid. See omakorda on füüsikaharu, mis tegeleb footonite, elektronide ja aatomituumade käitumisega, mis on mitmes mõttes vastuolus terve mõistuse hoomatavaga.

Kvantmehaanika reeglite järgi võivad kahe osakese olekud olla teineteisega seotud ka siis, kui osakesed ise on füüsiliselt teineteisest kaugel (omadust nimetatakse põimituseks); samuti võib osake asuda samal ajal mitmes kohas või olla samal hetkel eri olekutes.

Simuleerides looduse keerukaid füüsikalisi ja keemilisi protsesse aatomitasandil, võib kvantarvuti aidata teadlastel töötada välja uusi tõhusaid ravimeid ning leiutada üli­juhtivaid materjale, mida saaks kasutada näiteks elektrienergia ülekandel ilma iga­suguste kadudeta.

Selleks, et kvantarvuti avaks ukse teaduse uude kuldajastusse, on siiski tarvis enne lahendada mitu probleemi.

Kvantarvuti arvutusjõudlus põhineb kvantbittidel. Tavalises arvutis säilitatakse andmeid bittides. Bitt on informatsiooni põhiühik, millel saab olla üks kahest võimali­kust väärtusest: 0 või 1. c

Neljast bitist ehk näksist või poolbaidist saab moodusta­da 16 andmekombinatsiooni – 0000, 0001, 0010 jne –, klassikaline arvuti suudab aga korraga töötada ainult ühega neist kombinatsiooni­dest.

Kvantbitt võib esindada mõlemat väärtust ehk nii 0 kui ka 1 ning seda samal ajal. Seesugust kvantmehaanilist omadust nimetatak­se ka superpositsiooniks ning see võimaldab arvutil töötada eelmainitud 16 andmekombinatsiooniga ühekorraga.

Iga lisatud kvantbitiga kasvab arvutusjõudlus eksponentsiaalselt. 300 kvantbitiga kvant­arvuti suudab teadlaste sõnutsi teha samal ajal rohkem arvutusi, kui universumis on aatomeid.

Loe kvantarvutitest lähemalt veebruari Imelisest Teadusest!