Gizmodo: Квантын санах ой нь компьютерийг хэрхэн өөрчлөх вэ?

Монголын мэдээ | Тойм
adiyakhuu@montsame.mn
2018-10-16 13:09:24

Ирээдүйд квантын санах ой нь ямар төлөв байдалтай байх бол? Одоохондоо квантын программчлал нь хөгжлийнхөө дөнгөж эхлэлийн шатанд явж байна. Өдгөө бидний хэрэглэж буй компьютеруудын хувьд мэдээллийг хадгалах аргууд нь инээдтэй санагдаж магадгүй.  Ирээдүйд хүн төрөлхтнийг хүлээж буй технологийн болон математикийн шинжлэх ухааны шинэ ололт амжилтууд нь компьютерт мэдээллийг хадгалах аргуудыг улам боловсронгуй болгох нь дамжиггүй гэж шинжлэх ухаан-технологийн сэдвээр дагнадаг Америкийн “Gizmodo” цахим хуудсанд бичжээ.


Райан Манделбаум (Ryan F. Mandelbaum)


Физикч Сет Ллойд 2012 онд бүлээхэн жижиг усан санд сууж байх зуураа Google хайлтын системийг зохион бүтээсэн Сергей Брин, Ларри Пэйж нарт хандан квантын интернэт хавсралтыг /аппликэйшн/ санал болгож байжээ. Физикч түүнийгээ Quoogle гэж нэрлэсэн байна. Энэ нь атомын эгэл бөөмсийг судалдаг физикийн шинжлэх ухаанд үндэслэсэн математик тооцооллыг ашиглан бүтээх хайлтын систем бөгөөд хандалтыг мэдэхгүйгээр үр дүнг гаргаж ирдэг аж. Ийм том үсрэлтийг хийхэд ой санамжийн  цоо шинэ хэлбэр болох qRAM буюу квантын шуурхай санах ой хэрэгтэй болно.


Хэдийгээр энэхүү шинэ санаа Брин, Пэйж нарын сонирхлыг ихэд татсан боловч тэд уг санаанаас татгалзсан байна.


Гэсэн хэдий ч qRAM нь шинэ санаа гэдгийнхээ хувьд мөхөж алга болоогүй юм. Орчин үеийн компьютерүүд нь 0, 1 гэсэн хоёр цифрээр дүрслэх 2-тын тооллын системээр олон тэрбум бит дотор мэдээллийг хадгалдаг билээ. RAM буюу шуурхай санах ой нь цахиуран чипэн дээр мэдээллийг хадгалдаг бөгөөд мэдээллийн жижиг хэсэг бүрт тодорхой хаяг өгдөг. Тухайн мэдээллээс иш татахын тулд тухайн хаягт санамсаргүй байдлаар, ямар ч хамаагүй дарааллаар хүрч болно. Энэ нь компьютерийг асар хурдтай болгосон бөгөөд ингэснээр таны хэрэглэж буй зөөврийн компьютер болон гар утас нь RAM-д хадгалагдаж буй өгөгдлүүдэд шууд хүрэх боломжтой болжээ. Гэхдээ ирээдүйд хэзээ нэгэн цагт компьютерийн процессорууд хоцрогдон шахагдаж, эсвэл квантын компьютерийн процессоруудаар хүчин чадлаа нэмэгдүүлж магадгүй юм. Квантын компьютер гэдэг нь дөнгөж бий болж буй технологи бөгөөд энэ нь хэзээ нэгэн цагт үр ашиг  ихтэй алгоритмуудыг гүйцэтгэж чаддаг болох тэр үед RAM-д нэвтэрч хүрэх цоо шинэ арга хэрэгтэй болно. Өөрөөр хэлбэл, qRAM хэрэгтэй болно гэсэн үг.


qRAM нь Google болон IBM-ийн квант төхөөрөмжүүдийг агшин зуур үр ашигтай болгож чадахуйц гайхамшигтай хавсралт байж болох юм гэж Ллойд үзэж байна. 


ThinkPad, Iphone зэрэг сонгодог компьютерууд болон асар өндөр хүчин чадалтай суперкомпьютерууд нь өгөгдлүүдийг бит, тэг, нэгийн утга бүхий нэг болон олон комбинацууд руу хөрвүүлэх байдлаар бүх ажиллагааг гүйцэтгэдэг. Битүүд нь хоорондоо харилцан холбогдсоноор  эцсийн дүндээ О ба 1-үүдийн ээлжит комбинацуудыг хийж байдаг. Квантын компьютерууд ч мөн адил О ба 1 гэсэн хэлбэрээр эцсийн үр дүнг гаргаж ирдэг билээ. Гэхдээ тооцоолол хийгдэж байх үед квантын битүүд буюу кубитүүд нь хоорондоо шинэ хэлбэрээр холбогдоно. Өөрөөр хэлбэл, электронуудыг удирддаг физикийн хуулийн дагуу холбогдоно гэсэн үг. Зүгээр л О эсвэл 1-тэй тэнцэж байх бус харин математик тэгшитгэлийн тусламжтайгаар кубит бүр нь тооцооллын явцад 0 ба 1-ийн аль аль нь байж болох юм. Та тэгшитгэлийн утгыг шалгах зөвхөн тэр үед л  уг тэгшитгэл нь О эсвэл 1 гарах магадлалыг кодлох юм. Зарим кубитүүдэд илүү хүнд тэгшитгэлүүдийг ашигладаг бөгөөд эдгээр тэгшитгэлд кубитүүдийн утгуудыг математикийн нэгдмэл объектууд гэж үздэг. Үүний үр дүнд нэг эсвэл хэд хэдэн боломжит хоёртын мөрүүд үүсэх ба эдгээрийн эцсийн утга нь тэгшитгэлд тусгагдсан магадлалаар тодорхойлогдоно.  


Та хариуг нь бодож гаргах хүртэл кубитүүд нь тэгшитгэлүүд хэвээр байх бөгөөд дараа нь битүүдтэй адил болно, ингэхдээ тэдгээрийн утга нь санамсаргүйн элементийг агуулна. Математикийн ийм хачирхалтай шийдэл нь компьютеруудын хувьд шийдэхэд түвэгтэй олон асуудлын хариуг олох боломжийг олгох юм. Эдгээр асуудлын нэг бол их тоог энгийн тоонд задлах явдал бөгөөд ингэж чадсан тохиолдолд кодлогдсон асар олон тооны өгөгдлүүдийг хадгалахын тулд ашиглаж буй алгоритмуудыг эвдэх боломжтой болно. Түүнчлэн асар олон тооны өгөгдлүүдийг боловсруулах шинэ арга байж ч болох юм. Тухайлбал, машин сургалтад /жишээ нь, хүний нүүр царайг таних боловсронгуй систем/ хэрэглэх боломжтой. 


Одоохондоо квантын компьютерууд нь ердийн компьютеруудаас илүү гарсан зүйлгүй байна. IBM компани 20 кубитийн процессорыг санал болгож байгаа бол ердийн суперкомпьютерууд бараг 50 кубитийн хүчин чадалтай байх жишээтэй.  Гэсэн хэдий ч физикч Жон Прескиль саяхан мэдэгдсэнээр бол, квантын технологи нь шинэ үе шатанд гарч байгаа бөгөөд квантын компьютеруудын хэрэглээ нь зөвхөн физикийн шинжлэх ухааны туршилтуудыг хийх явдлаар хязгаарлагдахгүй аж. АНУ-ын засгийн газар кибер аюулгүй байдлын үүднээс квантын технологид тун нухацтай хандаж байгаа энэ үед олон тооны физикчид, программ зохион бүтээгчид шинээр хийж бүтээх зүйлсийн эрэлд гараад байгаа  билээ.


Квантын алгоритмуудыг ашиглан машин сургалт, хиймэл оюун ухааныг хөгжүүлэхэд квантын компьютеруудыг хэрэглэх боломжтой гэж үзэж буй  судлаачид олон бий. Ийм алгоритмууд нь маш нарийн бүтэцтэй бөгөөд асар их мэдээллийг эргэлтэнд оруулдаг. Иймээс RAM-ын оронд түүний квант хувилбар болох qRAM хэрэгтэй болох юм. 


Квантын шуурхай санах ой гэдэг бол хэдэн тооны кубит дотор хадгалагдаж буй олон тэрбум битүүд биш юм. Энэ бол квантын операциудыг машин сургалтын явцад гарч ирж буй асар олон тооны өгөгдлүүдэд ашиглах арга билээ. Эцсийн дүндээ, ердийн шуурхай санах ой нь программуудыг ажиллуулахад шаардлагатай өгөгдлүүдээс бүрддэг ба харин программууд нь битүүдийн хаягийг нарийвчлан тодотгох байдлаар ой санамжид нэвтэрдэг. Ингэснээр та цифр бүрийг тухай бүр гараар оруулахын оронд А2+В2-ыг дараад л үүрнүүдийн нийлбэрийг олох боломжтой. Квантын алгоритмууд нь квантын түвшинд ердийн шуурхай санах ойд нэвтрэх шаардлагатай болно. Хамгийн энгийн утгаар хэлэх юм бол, тэдгээр нь супер байрлалыг бий болгож, үүр нь нэгэн зэрэг А2, В2 болох бөгөөд зөвхөн тооцоолол дууссаны дараа л А2 эсвэл В2-ын утгыг харуулна гэсэн үг. Ийм санах ойд квантын гэхээр зүйл огт байхгүй бөгөөд санах ойд хүрэх ба түүнийг ашиглах арга нь л квант болж байгаа юм.  


Хэрвээ танд олон тооны хадгалагдсан өгөгдлүүд байгаа бол /тухайлбал, чат-ботыг сургахад зориулсан өгөгдлүүдийн бааз/ ердийн компьютероос илүүг хийж чадах квантын алгоритм хэрэгтэй болох бөгөөд энэхүү алгоритм нь өгөгдлүүд ба мэдээллүүдийн дагуу ямар нэгэн чухал зүйлийг хайх тал дээр илүү байх ёстой. Энэ нь санхүүгийн салбар болон Гүүгл зэрэг компаниудад маш их ашигтай байх болно. Гэхдээ мэдээжийн хэрэг квантын шуурхай санах ой /qRAM/ шаардлагатай болно.


Ллойд болон түүний багийнхны 10 жилийн өмнө бичиж байсан qRAM-ын тухай нийтлэлд “зөвхөн супер байрлалд шаардлагатай байгаа хаягуудад /санах ой дахь/ хүрэх аргуудын нэгийг” дүрслэн бичсэн байдаг.


Ер нь бол, RAM дахь хаяг бүр нь битүүдийн дараалал байдаг учраас түүнийг салаалсан мод хэлбэртэй гэж төсөөлж болно. Энэ тохиолдолд кубит бүр нь баруун тийшээ юү эсвэл зүүн тийшээ эргэх үү гэдгийг компьютерт мэдээлж байдаг чиг заагч болж байдаг. Ийм заагч нь ердийн компьютерт ч байдаг, харин хоёрхон сонголт бүхий квантын компьютер нь эргэлт бүр дээр илүүдэл замуудыг хольж хутгах нь зайлшгүй бөгөөд эцсийн дүндээ ер бусын том бөгөөд хэврэг квант төлвийг бий болгож, уг төлөв нь квант бус орчинд амархан  нурж унана. Ллойд ба түүний мэргэжил нэгт нөхөд модны бүтцийг санал болгосон бөгөөд салаа мөчир бүхэн нь хүлээлгийн горимд автоматаар хадгалагдах ба ингэснээр илүүдэл мэдээллийг хольж хутгахгүйгээр өөрт хэрэгтэй санах ойд нэвтрэхийн тулд зөвхөн баруун эсвэл зүүн тал руу хөдлөх боломжийг компьютерт олгоно. Эл ялгаа нь техникийн чанартай, гэхдээ энэ нь машин сургалтад гарч иймэрхүү асуудлуудыг шийдвэрлэхэд шаардагдах хүчин чадлыг мэдэгдэхүйц багасгах зорилготой юм.




“Судалгаанд ашиглаж буй ихэнх алгоритмуудад квантын санах ой хэрэгтэй байгаа” гэж Канадын Ватерлоогийн их сургуулийн эрдэмтэн Мишель Моска тайлбарлан ярилаа. Хэрэглээний qRAM-ын өртгийг багасгаж байгаа тэр бүхэн нь квантын компьютерийг өдөр тутмын амьдралд хэрэглэж эхлэх цаг хугацааг наашлуулж байгаа юм” гэж тэрбээр ярилаа.


Гэхдээ бид квантын программчлалын хөгжлийн дөнгөж эхлэлийн шатанд явж байна. Хуучны үеийн компьютеруудын мэдээллийг хадгалах арга нь өнөөдөр инээдэмтэй санагдаж магадгүй. RAM нь утсаар холбогдсон соронзон гогцоонуудаас бүрддэг ба гогцоо бүрт нэг бит харгалзаж, ороомог дахь соронзон талбайн чиглэл нь түүний утгыг илэрхийлнэ. Бөөнөөр нь үйлдвэрлэж эхэлсэн Америкийн UNIVAC-I компьютер нь шингэн мөнгөн усны тусламжтайгаар цахилгаан импульсыг дууны долгион болгон хувиргах замаар өгөгдлүүдийг хадгалж байв. Санах ойд дураараа нэвтрэх боломжгүй байсан ба өөрөөр хэлбэл, та дуртай үедээ өөрт хэрэгтэй өгөгдлүүдийг авах боломжгүй, гагцхүү өгөгдлүүд хадгалагдсан тэр л дарааллаар авах боломжтой байв. Үүнийг тухайн үедээ тэргүүний технологи гэж үзэж байжээ. 


 “Энэ бол жинхэнэ урлагийн бүтээл. Тэр үед хүмүүс боломжтой бүхнийг туршиж, аль нэг нь амжилттай болно гэдэгт найдаж байсан” хэмээн компьютерийн түүхийн музейн тайлбарлагч Крис Гарсия ярьж байна. Тэр үед гаргаж байсан шийдвэр бүр нь өмнөхөөсөө илүү оновчтой болж байлаа. Өнөөдрийн компьютерууд нь “хагас дамжуулагч” гэдэг нэртэй тусгай материалаар хийсэн бичил чип дээр мэдээллүүдийг хадгалж байгаа нь шинжлэх ухааны хөгжилтэй холбоотой төдийгүй цахиуран санах ой нь өчүүхэн жижиг соронзон ороомгуудаас бүрдэх санах ойгоос хамаагүй хямд төсөр болсонтой холбоотой.  


Харин ирээдүйд квант санах ой ямар төлөв байдалтай байх бол? Лав л Ллойд ба түүний мэргэжил нэгт нөхдийн төсөөлж байгаатай адил биш. Өнгөрсөн онд болсон бага хурлын физикчид ярилцахдаа “квантын тооцооллын салбар нь шингэн мөнгөн ус бүхий торхтой төстэй зүйлийг бий болгож магадгүй” хэмээн хошигнож байсан юм. Технологийн болон математикийн шинжлэх ухааны шинэ ололт амжилтууд нь компьютерууд болон тэдгээрийн мэдээллийг хадгалах аргуудыг улам боловсронгуй болгох нь дамжиггүй.


Ллойд үүнтэй санал нэг байна. “Бидний дэвшүүлсэн шинэ санааг хэн нэгэн хүн цааш нь түгээх аваас би баярлах болно. Хэрвээ бид ердийн мэдээллийг квант төлөвт шилжүүлж чадах аваас энэ нь ойрын ирээдүйд квантын компьютерийг гайхалтай үр дүнтэйгээр ашиглах боломжийг олгоно” гэж тэрбээр ярьж байна. 

Тэгэхээр хэзээ нэгэн цагт бид квантын Google-ийг ашиглаж ч магадгүй юм.


Орчуулсан Б.Адъяахүү


Эх сурвалж: https://gizmodo.com/how-quantum-memory-could-change-computing-1829150822

https://inosmi.ru/science/20181007/243399751.html

 

 

 

 

Холбоотой мэдээ