Google wykorzystuje komputery kwantowe, które mówią „językiem natury”

Na zewnątrz balsamiczne wrześniowe słońce ogrzewa idylliczne wybrzeże, a Kalifornia wygrzewa się w kolejny idealny dzień.

Wewnątrz jest minus 460 Fahrenheita (-273 stopni Celsjusza) w niektórych miejscach, kieszenie zimna najeżone niemożliwą fizyką mechaniki kwantowej – nauki, w której rzeczy mogą jednocześnie istnieć, nie istnieć, a także być czymś pomiędzy.

To laboratorium Google Quantum AI, w którym dziesiątki superinteligentnych ludzi pracuje w biurze wyposażonym w ściany wspinaczkowe i rowery elektryczne, aby kształtować następną generację komputerów – pokolenie, które będzie niepodobne do niczego, co użytkownicy mają obecnie w kieszeniach lub biurach.

„To nowy typ komputera, który wykorzystuje mechanikę kwantową do wykonywania obliczeń i pozwala nam… rozwiązywać problemy, które w innym przypadku byłyby niemożliwe”, wyjaśnia Erik Lucero, główny inżynier w kampusie w pobliżu Santa Barbara.

„Nie zastąpi telefonu komórkowego, komputera stacjonarnego; będzie działać równolegle z tymi rzeczami”.

Mechanika kwantowa to dziedzina badań, która według naukowców może być wykorzystana pewnego dnia do ograniczenia globalnego ocieplenia, projektowania systemów ruchu miejskiego lub opracowywania nowych, potężnych leków.

Obietnice są tak wielkie, że rządy, giganci technologiczni i start-upy na całym świecie inwestują w nią miliardy dolarów, wykorzystując jedne z największych mózgów.

Przestarzałe komputery opierają się na idei pewności binarnej: dziesiątki tysięcy „bitów” danych, z których każdy jest zdecydowanie „włączony” lub „wyłączony”, reprezentowany przez jedynkę lub zero.

Obliczenia kwantowe wykorzystują niepewność: jej „kubity” mogą istnieć zarówno w stanie jedności, jak i zerowości w tzw. superpozycji.

Najbardziej znaną ilustracją kwantowej superpozycji jest kot Schrodingera — hipotetyczne zwierzę zamknięte w pudełku z butelką trucizny, która może się roztrzaskać lub nie.

Gdy pudełko jest zamknięte, kot jest jednocześnie żywy i martwy. Ale kiedy ingerujesz w stan kwantowy i otwierasz pudełko, kwestia życia lub śmierci kota zostaje rozwiązana.

Komputery kwantowe wykorzystują tę niepewność do wykonywania wielu pozornie sprzecznych obliczeń w tym samym czasie — trochę tak, jak gdyby były w stanie przejść każdą możliwą trasę w labiryncie naraz, zamiast próbować każdej z nich w serii, aż znajdziesz właściwą ścieżkę.

Trudność dla projektantów komputerów kwantowych polega na tym, aby kubity zachowały swoją superpozycję wystarczająco długo, aby wykonać obliczenia.

Gdy tylko coś im przeszkadza — hałas, błoto, niewłaściwa temperatura — superpozycja załamuje się i otrzymujesz przypadkową i prawdopodobnie bezsensowną odpowiedź.

Komputer kwantowy, który Google pokazał dziennikarzom, przypomina steampunkowy tort weselny zawieszony do góry nogami na konstrukcji wsporczej.

Każda warstwa metalu i zakrzywionych drutów staje się coraz zimniejsza, aż do ostatniego etapu, w którym procesor wielkości dłoni jest chłodzony do zaledwie 10 milikelwinów, czyli około -460 Fahrenheita (-273 stopni Celsjusza).

Ta temperatura — tylko o cień powyżej zera absolutnego, najniższej możliwej temperatury we wszechświecie — jest niezbędna dla nadprzewodnictwa, na którym opiera się projekt Google.

Chociaż komputer z ciastem warstwowym nie jest ogromny — ma wysokość około połowy osoby — sprzęt do jego chłodzenia zajmuje przyzwoitą ilość miejsca w laboratorium — rury śmigają nad głową, a rozcieńczony helem ulega ściskaniu i rozszerzaniu, przy użyciu tego samego procesu, który utrzymuje lodówkę przeziębienie.

Ale… co to wszystko właściwie robi?

Cóż, mówi Daniel Lidar, ekspert w dziedzinie układów kwantowych z Uniwersytetu Południowej Kalifornii, to dziedzina, która w okresie dojrzewania wiele obiecuje, ale która wciąż jest jeszcze maluczka.

„Nauczyliśmy się raczkować, ale z pewnością jeszcze nie nauczyliśmy się chodzić, skakać lub biegać” – powiedział AFP.

Kluczem do jego rozwoju będzie rozwiązanie problemu superpozycji — otwarcia pudła kota — aby umożliwić sensowne obliczenia.

Przeczytaj całą historię tutaj…