რატომ სჭირდებათ კვანტურ კომპიუტერებს კოსმოსზე დაბალი ტემპერატურა
კვანტური სამყაროს სიცივის პარადოქსი
როდესაც კვანტურ კომპიუტერებზე ვსაუბრობთ, ხშირად წარმოვიდგენთ ფუტურისტულ, ჭაღის მსგავს კონსტრუქციებს, რომლებიც ლაბორატორიებშია განთავსებული. თუმცა, ამ მოწყობილობების ყველაზე შთამბეჭდავი მახასიათებელი არა მათი ვიზუალი, არამედ მათი ტემპერატურაა. IBM-ის უახლესი მოდულური კრიოგენული სისტემები 15 მილიკელვინზე დაბალ ტემპერატურას ინარჩუნებს. ეს მაჩვენებელი დაახლოებით 180-ჯერ დაბალია, ვიდრე ღია კოსმოსის ტემპერატურაა, რომელიც 2.7 კელვინს შეადგენს. ფაქტობრივად, ჩვენი პლანეტის ლაბორატორიებში არსებული ეს გარემო აბსოლუტურ ნულთან ყველაზე ახლოს მყოფი წერტილებია.
რატომ არის აუცილებელი სიცივე?
ტრადიციული კომპიუტერები ინფორმაციას ბიტების (0 და 1) მეშვეობით ამუშავებენ, რომლებიც ჩამრთველის პრინციპით მუშაობენ. კვანტური კომპიუტერის ძირითადი ერთეული კი ქიუბიტია (qubit), რომელიც ბევრად უფრო კომპლექსურია. ქიუბიტს შეუძლია ერთდროულად რამდენიმე მდგომარეობაში იმყოფებოდეს, რაც მას განსაკუთრებულ გამომთვლელ სიმძლავრეს ანიჭებს. თუმცა, ეს სისტემები უკიდურესად მგრძნობიარეა გარე ფაქტორების მიმართ.
ფიზიკის კანონების მიხედვით, სითბო არის მოლეკულების მოძრაობის შედეგი. ნებისმიერი თერმული ენერგია, თუნდაც უმცირესი ვიბრაცია, ქიუბიტებს თავიანთი მდგომარეობიდან აგდებს. ამ მოვლენას „დეკოჰერენციას“ უწოდებენ, რაც კვანტური სისტემის გამოთვლებში შეცდომების ალბათობას მკვეთრად ზრდის. სწორედ ამიტომ, IBM და სხვა ტექნოლოგიური გიგანტები ცდილობენ, სისტემა მაქსიმალურად გააციონ, რათა ქიუბიტებს შორის ურთიერთქმედება არაფერმა დაარღვიოს.
ტექნიკური გამოწვევები და ალტერნატივები
კვანტური კომპიუტერების მთავარი პრობლემა „დილუციური მაცივარია“ — ლითონის ფირფიტებისგან შემდგარი სისტემა, რომელიც ზემოდან ქვემოთ თანდათან ცივდება. პარადოქსია ის, რომ ქიუბიტების მართვისთვის საჭირო სადენები ოთახის ტემპერატურაზეა, რაც სისტემაში სითბოს ატარებს. რაც უფრო მეტი ქიუბიტია საჭირო კომპიუტერის გასაძლიერებლად, მით მეტი სადენი გვჭირდება, რაც აპარატის გაგრილებას კიდევ უფრო ართულებს.
მიუხედავად ამისა, არსებობს ალტერნატიული მიდგომებიც. მაგალითად, QuEra-ს მიერ შემუშავებული ნეიტრალურ-ატომური მანქანები იყენებენ ლაზერებს ატომების ვაკუუმში დასაჭერად და მათ მიკროკელვინამდე გასაციებლად, რითაც რთული მაცივრების საჭიროება მცირდება. ასევე ვითარდება ფოტონური სისტემები, სადაც ინფორმაციის მატარებლად სინათლის ნაწილაკები გამოიყენება, რაც გარკვეულ კომპონენტებს ოთახის ტემპერატურაზე მუშაობის საშუალებას აძლევს.
რა მოგველის მომავალში?
კვანტური კომპიუტერების განვითარება ორმაგი დანიშნულების ხმალს ჰგავს. ერთის მხრივ, ეს ტექნოლოგია მოახდენს რევოლუციას მედიცინაში, ახალი წამლების მოლეკულური სიმულაციების საშუალებით. მეორეს მხრივ, კვანტურ კომპიუტერებს შეუძლიათ გატეხონ თანამედროვე დაშიფვრის სტანდარტები, რომლებიც დღეს ჩვენს საბანკო და პირად მონაცემებს იცავს. თუმცა, ექსპერტები ამშვიდებენ საზოგადოებას: ასეთი სიმძლავრის მანქანების შექმნამდე ჯერ კიდევ შორია, ხოლო NIST-მა უკვე დაამტკიცა პოსტ-კვანტური დაშიფვრის ახალი სტანდარტები, რომლებიც მზადაა დასანერგად. ამ ეტაპზე მთავარი გამოწვევა კვლავ სტაბილური და „ცივი“ გარემოს შენარჩუნება რჩება.