Kvantinis kompiuteris kaip sąmonės ir technologijų simbiozės pavyzdys | 2020 gegužės 25 d.

Kas tai yra kvantinis kompiuteris? Tai skaičiavimo mašina, kurioje skaičiavimams atlikti pasitelkiamos fizikinės sistemos, kurioms galioja kvantinio susiejimo ir kvantinės superpozicijos dėsniai. Klasikiniuose kompiuteriuose operuojama diskrečiais bitais, o kvantiniuose kompiuteriuose - tolygiai kintančiomis kvantinėmis būsenomis - kubitais. Kubitas saugoja dvi bazines reikšmes |1> ir |0> arba jų superpoziciją vienu metu. Kvantinė superpozicija tai subatominių dalelių sugebėjimas būti tuo pačiu metu dviejose skirtingose vietose, arba dviejų skirtingų būsenų. Jei klasikinis 3 bitų kompiuteris gali turėti tik vieną iš 8 (000 001 010 011 100 101 110 111) galimų reikšmių, tai kvantiniame kompiuteryje visos 8 reikšmės bus superpozicijoje su tam tikra tikimybe kiekvienai reikšmei (https://lt.wikipedia.org/wiki/Kvantinis_kompiuteris). Dar svarbu tai, kad subatominės dalelės sugeba pereiti materialų barjerą, jo nepažeisdamos. Taip yra todėl, kad jos turi ir banginių savybių. Tai vadinamasis tuneliavimo efektas. Neatsitiktinai mokslininkams net pavyko teleportuoti pavienius atomus ir fotonus. Tokios teleportacijos procesas pradedamas sukuriant dvi susietąsias daleles vietoje A, o tuomet vieną iš jų nusiunčiant į vietą B. Nors pasikeičia atstumas, šios dalelės išlieka susietos. Tuomet į A vietoje esančią dalelę paleidžiama dar kita (trečioji), paveikianti pastarąją. Šis poveikis A dalelės būsenai akimirksniu pasireiškia dalelės B vietoje - būtent toks reiškinys ir vadinamas kvantine teleportacija (https://www.lrt.lt/naujienos/mokslas-ir-it/11/1112037/kvantinis-kompiuteris-jau-parode-galia-taciau-kada-teleportacijos-ir-kubitu-pasaulis-mums-taps-iprastu?gclid=EAIaIQobChMI_oHq35mq6QIVR6sYCh3_mAdiEAAYASAAEgKFa_D_BwE). Pačius kubitus, kurie labai trapūs ir paveikūs šilumai, triukšmui, dulkėms, galima įžiūrėti tik elektroniniame kompiuteryje. Pagrindiniai jų elementai turi 200 nanometrų plotį (1 nanometras lygus milijardinei metro daliai). Todėl žmogaus plauko diametre tilptų 500 tokių elementų.

Pasak rusų fiziko Valerijaus Riazanovo kvantiniai komputeriai yra antroji kvantinės revoliucijos epochos laimėjimas. Pirmoji - kai buvo atverta kvantinė mechanika ir buvo suvokta kaip veikia atominės jėgos. Tai atvedė į tranzistorių, lazerių, branduolinio ginklo, vėliau mobilaus ryšio ir interneto, šviesos diodų lempų sukūrimą. Esame ant antrosios kvantinės revoliucijos slenksčio. Dabar kalba eina apie galimybę valdyti kvantines sistemas atskirų subatominių dalelių lygmenyje.  Projektuojant kvantinius kompiuterius pasitelkiami superlaidūs kubitai. Kubitas - tai iš esmės dirbtinis atomas. Jo esmė ta, kad jis gali priimti ne tik būsenas "0" ir "1, bet ir tarpines būsenas - "0" ir "1" superpozicijas. Štai kodėl skaičiavimai kvantiniame kopiuteryje vyksta milijardus kartų greičiau nei įprastiniame kompiuteryje. Visa esmė ir sunkumas tas, kad tokį atomą - kubitą - reikia pagauti arba pagaminti dirbtinu būdu. Jie gaudomi elektromagnetinėmis arba optinėmis gaudyklėmis, o po to atšaldomi lazerio pagalba. Visas sunkumas - kaip priversti juos santykiauti su atomais. Lengviau to pasiekti naudojant supelaidžias nanostruktūras iš "dirbtinų atomų". Taip pradėta formuotis fundamentali dirbtinių kvantinių sistemų fizika. Superlaidi elektronika gimė apie 1960 - uosius po Džozefsono efekto atradimo: anglų fizikas Braenas Dozefsonas suprato, kad du superlaidžius sluoksnius atskyrus kelių atomų storio izoliacija, sistema veiks kaip vieninga sistema, nes dėka tunelinio efekto, elektronai pereina per dielektriką be pasipriešinimo. Tai tarp kitko atveria galimybes kurti dirbtinį protą. Neatsitiktinai Džozefsonas po Nobelio premijos gavimo pasuko į parapsichologiją. Džozefsono atradimas atvedė į Superconducting Quantum Interference Device - interferometrų atradimą. Tai ne kas kita kaip superjautrūs magnetometrai. Kai kurie mano, kad jų pagalba gal net galima skaityti mintis ar bent jau nustatyti troškimų centrus (https://www.kommersant.ru/doc/4102363).

Kalbant apie kvantinius kompiuterius svarbu tai, kad tie kubitai egzistuoja labai trumpai - geriausiu atveju iki 50 mikrosekundžių. Dar problema ta, kad jau 30 - 50 kubitų įgalina tokius sprendimus, kurių neįmanoma patikrinti pačių galingiausių šiuolaikinių kompiuterių pagalba. Todėl pavyzdžiui "Google" 72 kubitų kompiuteryje siekiant įrodyti "kvantintinį pranašumą" kubitai grupuojami į klasterius po 20 - 30 kubitų (https://www.kommersant.ru/doc/4102363). Kita didelė kliūtis ta, kad kubitus reikia izoliuoti nuo aplinkos, bet kartu jie turi sąveikauti vienas su kitu. Didinant kubitų skaičių kvantiniame kompiuteryje, stiprėja dekoherencija t. y., didėja skaičiavimo netikslumai. Todėl kol kas kvantiniai kompiuteriai tai griozdiškos mašinos, paremtos didžiulių kriogeninių (šaldančiųjų) technologijų naudojimu. Kvantinio kompiuterio šerdyje temperatūra siekia beveik -273 °C. Iš išorės jie atrodo kaip didžiuliai juodi monolitai, 3,5 m aukščio metalinės dėžės. Dėl šių priežasčių šie kompiuteriai labai brangūs: "Google" nusipirktas kainuoja dešimtis milijonų eurų.

Kvantinių kompiuterių galimybės begalinės. Tokie kompiuteriai galės parinkti greičiausią maršrutą mieste, greičiau žmogaus organizme aptiks vėžio ląsteles, galės stebėti kitas ligas ląstelių lygmenyje. Kvantiniai teleskopai matys daugybę dangaus kūnų išsyk, anksčiau pastebės Žemės link skriejančius pavojingus nekviestus svečius. Kvantinių technologijų specialistai net tikisi, kad tokie kompiuteriai įrodys daugybės tikrovių ir Visatų egzistavimą (https://www.technologijos.lt/n/technologijos/it/S-39933/straipsnis/Kvantiniai-kompiuteriai-is-arciau-zmogaus-fantazijas-virsijancios-galimybes).

Didžiulės pastangos skiriamos kvantinio ryšio ir tinklo sukūrimui. Dar 1970 m. Kolumbijos universiteto Niujorke fizikas Stivenas Vizeris spėjo, kad informaciją galima užkoduoti izoliuotuose atomuose. Dabar kinų fizikai jau paleido pirmą pasaulyje kvantinį palydovą - Mo-czy. Jame informacijos bitų siuntimui ir gavimui naudojami fotonai infraraudonajame spektre. Tai kvantinio ryšio bene pirmas išbandymas. Mokslininkai sprendžia klausimą kaip paleisti atskirus fotonus per vienapluoštę arba atvirąją erdvę, kad panaudoti juos telekomunikacijose. Tokios linijos neįmanoma būtų pasiklausyti iš principo, nes esant bet kokiam bandymui tai padaryti, fotonas paprasčiausiai suirs. Kol kas technologijos pagrįstos optiniu pluoštu dirba tik nedideliais atstumais. Europoje egzistuoja Europos kvantinis internetas - aljansas dirbantis kvantinio interneto srityje kartu su Delft University of Technology Nyderlanduose. 2020 m. planuojama paleisti demonstracinį tinklą. JAV vyriausybė priėmė įstatymą dėl Nacionalinės kvantinės iniciatyvos, kuriuo bus finansuojami kvantinėms technologijoms skirti tyrimų centrai. Problema yra kvantinių tinklų informacijos saugojimas, todėl galvojama apie kvantinio ir šviesolaidinio tinklo miksą. Kvantiniu tinklu būtų siunčiama konfidenciali informacija. Būtų sukurti ir čipai, kurie leistų klasikiniam kompiuteriui prisijungti prie kvantinio tinklo (https://tech.liga.net/telecom/article/kubit-vmesto-bita-kak-budet-rabotat-kvantovyy-internet).

Rusų fizikas Andrejus Chrennikovas atkreipė dėmesį į kvantinio kompiuterio kūrimo ir sąmonės procesų sąsajas. Jis klausia: ar egzistuoja sąmonės atomai ir ar gali sąmonė būti traktuojama kaip kolektyvinis kvantinis efektas? Kalbama apie mąstymo matematinius modelius. Gal ir smegenis galima traktuoti kaip kvantinį kompiuterį, naudojantį kvantinę mechaniką ir kvantinę logiką. Esama bandymų aprašyti sąmonės fenomenus kvantinės teorijos pagrindu (R. Penrouse). Iškyla klausimas: kur yra sąmonė? Ar egzistuoja sąmonės atomai? Ar sąmonė yra individualus reiškinys ar egzistuoja kolektyvinis sąmonės laukas? Ar sąmonės erdvė euklidinė ar nearchimedinė? Tūkstantmečiais buvo naudojama euklidinė geometrija. N. Lobačevskis parodė, kad egzistuoja ir kitokie geometriniai modeliai - neuklidiniai. Tačiau ir Lobačevskio, ir Rimano, ir Einšteino geometrijos yra archimedinės, kuriose naudojami daiktiniai skaičiai. Tačiau Steklovo vardo Matematikos fakultete pasiūlyta naudoti r-adinius skaičius. Manoma, kad daiktinis skaičius, t. y. begalinė trupmena - tai idealizacija, kuri realiuose pritaikomuosiuose uždaviniuose nepritaikoma. Nes labai mažuose atstumuose erdvės struktūra kitokia. Ten archimedinė geometrija negalioja ir ten reikia naudoti r-adinius skaičius. Geometriniai r-adiniai skaičiai turi hierarchinio medžio struktūrą, t. y. informacija šakojasi. Tai sąsajos su kvantine gravitacija ir stygų teorija. Žinant, kad smegenys - tai gigantiška elektrinis tinklas iš dešimčių milijardų elektirinių impulsų generatorių, vadinamų neuronais, o informacija smegenyse koduojama neuronų kodais, galima teigti, kad sąmonės skaičiai egzistuoja. Kvantiniu požiūriu sąmonė neturi lokalizacijos erdvėje ir atsiranda "stebėjimo" momentu, t. y., sąveikoje su smegenimis.

Taigi kvantinio kompiuterio forma tapo įmanomas manipuliavimas atskiromis dalelėmis subatominiame lygmenyje. Kvantinis kompiuteris taip pat ir sąmonės poveikio technologijai pavyzdys, nes kvantiniai procesai priklauso nuo stebėtojo sąmonės.