Hemos sido testigos de la segunda revolución cuántica, dijo el profesor de física Alexander Lvovsky. Argumenta esto con el hecho de que la humanidad ha aprendido a controlar los sistemas cuánticos a nivel de unidad.
Entonces, ¿por qué aún no ha aparecido una computadora cuántica en el escritorio de todos y no reproduce música de VKontakte a través de una línea de comunicación cuántica irrompible? Sobre esto, así como sobre el desarrollo de la ciencia rusa y que "más genial" es la tecnología de blockchain o quanta, dijo personalmente el profesor.
Alexander Lvovsky - Ph.D., profesor de física en la Universidad de Calgary, miembro del consejo científico del Centro Cuántico Ruso (RCC), editor de Optics Express, divulgador de la ciencia cuántica. Entrevistador: Ilya Lopatin
Demandada: Alexander LvovskyHoy en día, se puede comprar una computadora cuántica por más de 10 millones de dólares, lo cual fue realizado, por ejemplo, por Google. Si bien dicha computadora es efectiva solo para resolver problemas específicos. ¿Qué esperan los compradores de pagar esta cantidad?
Google compró la "computadora cuántica" de la compañía canadiense D-Wave. Esta no es una computadora cuántica universal, sino el llamado recocido cuántico: "recocido cuántico". Muchos de mis colegas, expertos teóricos en el campo de la cibernética cuántica, creen que este dispositivo no tiene ventajas sobre el clásico. Aunque Google y D-Wave muestran ejemplos de tareas específicas que pueden resolverse más rápido con este dispositivo que en una computadora clásica convencional, los oponentes argumentan que esto se debe a que los algoritmos clásicos simplemente no son óptimos. En otras palabras, una ventaja es una ilusión que surge del hecho de que no exprimimos del "hierro" clásico todo lo que es capaz de hacer.
En resumen, hay debate científico. Nosotros, la gente común, nos beneficiaremos de ellos en cualquier caso: o tendremos computadoras cuánticas, o los algoritmos clásicos mejorarán significativamente.
Mientras tanto, estas disputas no se han resuelto, la cuestión de si esta computadora tiene una ventaja teórica sobre la clásica, en principio, se desvanece en el fondo. Si usa este dispositivo aquí y ahora puede resolver el problema cien o un millón de veces más rápido que en una computadora clásica, ¿por qué no resolverlo así?
Los inversores invierten en muchos proyectos. Un proyecto de computadora cuántica es una ganancia alta de alto riesgo. Está claro que nada puede salir de esto, pero si lo hace, el escape será enorme (miles, o incluso decenas de miles de por ciento). Por lo tanto, en promedio, como se esperaba, el proyecto resulta exitoso, atractivo para la inversión.
Harvard creó una computadora de 51 qubits. Dime, ¿se aplica esto a la segunda revolución cuántica, o incluso a la primera?La segunda revolución cuántica es la capacidad de controlar sistemas cuánticos complejos enredados a nivel de sus componentes individuales (iones, fotones, átomos). Esta es la principal diferencia con la primera revolución cuántica: la invención de dispositivos macroscópicos que, aunque utilizan la física cuántica como base de su trabajo, no son capaces de control individual. Los transistores y los láseres llevaron a la aparición de circuitos integrados, computadoras, Internet, comunicaciones móviles, en general, hicieron del mundo la forma en que lo conocemos ahora. ¡Y de la segunda revolución cuántica esperamos aún más!
El experimento de Harvard es, por supuesto, un elemento de la segunda revolución cuántica. Sin embargo, esto no es una computadora cuántica, sino el llamado simulador cuántico. En otras palabras, este no es un dispositivo informático, sino un tipo de sistema físico que le permite emular sistemas físicos más complejos, en particular, la física de estado sólido.
Un dispositivo creado en Harvard. El proyecto fue dirigido por Mikhail Lukin y Marcus Greiner de la Universidad de Harvard, así como por Vladan Vuletich del MIT¿Qué limita el crecimiento del número de qubits al crear computadoras cuánticas? ¿De dónde vienen los números 5, 50, 2000? ¿Está el problema precisamente en el número de qubits?Sí, todos se miden por la cantidad de qubits ... De hecho, esto es una porquería, porque no es la cantidad lo que importa, sino la calidad. Los qubits modernos son extremadamente "frágiles": interactúan con el mundo exterior y pierden su información cuántica muy rápidamente. Con su ayuda, es imposible llevar a cabo incluso los cálculos cuánticos más simples. Para hacer esto, primero debe hacer lo que llamamos un qubit lógico, que puede admitir información cuántica indefinidamente corrigiendo errores. Para hacer un qubit lógico, se necesitan decenas o incluso cientos de físicos.
Las computadoras clásicas también tienen esto. Los errores ocurren constantemente allí, y si no los corrige, la información desaparecerá instantáneamente. Pero como hay algoritmos de corrección, no vemos errores. Vemos que la información se almacena indefinidamente.
En la computación cuántica, todavía no existe tal tecnología, porque la calidad de los qubits físicos no es suficiente para realizar incluso una lógica. Por lo tanto, todas las conversaciones sobre el número de qubits deben tomarse con cuidado.
Regularmente escuchamos sobre el lanzamiento de una línea de comunicación cuántica basada en enredos cuánticos. ¿Cuán aplicable es desde un punto de vista comercial?La mayoría de las líneas de comunicación cuántica modernas no se basan en enredos cuánticos. Esto es bueno, porque el enredo es un fenómeno bastante complejo: es difícil de obtener y aplicar. La comunicación cuántica moderna, por regla general, utiliza pulsos láser débiles, de modo que cada pulso individual contiene en promedio menos de un fotón. A veces se salta un fotón, luego puede grabar cierta información en él y enviarlo a cierta distancia. En este caso, puede estar seguro de que si alguien roba este fotón, no podrá reproducirlo en el mismo estado cuántico. El secreto de la comunicación cuántica se basa en esto.
El problema de la comunicación cuántica moderna es que actúa solo a distancias cortas. Por qué Porque las pérdidas en las líneas de fibra son del orden del factor de dos por 10-15 km. Esto significa que, por ejemplo, en la línea de Moscú a San Petersburgo, solo uno de cada 10
18 mil millones de impulsos llegará a su destino. A tal velocidad, por supuesto, es imposible transmitir cantidades razonables de información.
En la línea de comunicación clásica habitual, este problema también está presente, pero se resuelve con la ayuda de repetidores o amplificadores. Se instala un amplificador cada pocas decenas de kilómetros, lo que eleva el nivel de la señal óptica a la inicial. Esto no se puede hacer con una línea cuántica, porque dicho amplificador será indistinguible de un espía: cambia los fotones y hace lo mismo. Por lo tanto, debe inventarse otra tecnología: el llamado repetidor cuántico. Para realizarlo, se necesita un enredo cuántico. Más precisamente, dos fenómenos: teletransportación cuántica y memoria óptica cuántica.
¿Por qué es blockchain vulnerable a la tecnología cuántica?La función hash criptográfica se usa en la cadena de bloques: cada bloque posterior contiene la función hash de la anterior, por lo que ahora es imposible cambiar la información almacenada en uno de los bloques sin violar la integridad de toda la cadena. Una computadora cuántica puede hacer que el cálculo de la función hash sea reversible, es decir, puede detectar un cambio en el bloque para que el hash no cambie.
Hay otra vulnerabilidad específica de las criptomonedas: una firma digital. Cualquier persona que tenga una computadora cuántica podrá falsificar una firma digital, es decir, por ejemplo, realizar una gran transferencia de dinero en nombre de un multimillonario utilizando su firma digital. Por lo tanto, tan pronto como se invente una computadora cuántica universal, para Bitcoin y para todas las criptomonedas modernas, el costo se reducirá a cero.
Recientemente, en el Centro Cuántico de Rusia se nos ocurrió una forma de eliminar estas vulnerabilidades mediante la aplicación de la tecnología de comunicación cuántica a las cadenas de bloques. Creo que, por supuesto, las cadenas de bloques y las criptomonedas tienen un futuro: simplemente cambiarán y se sintetizarán con tecnologías cuánticas en el proceso de desarrollo.
Supongamos que los físicos están atrapados en el estudio del micromundo. ¿Qué sucederá más rápido? ¿La persona llega a comprender que no entiende nada y que no va a inventar nada más, o la incapacidad de financiar un superproyecto global que será 10 veces más costoso que el colisionador de hadrones?
Creo que durante el siglo XX, la física ha avanzado mucho en comparación con otras ciencias. El desarrollo de la ciencia siempre ha sido dictado por la aplicación práctica. Y ahora el nivel de conocimiento de la física es mucho mayor que el que se puede usar en la práctica. ¿Puedo saber más? Ciertamente, pero para esto es realmente necesario usar telescopios gigantes o construir aceleradores costosos. La pregunta es: ¿por qué? ¿Una curiosidad ociosa?
Por lo tanto, me parece que en el siglo XXI, la física ralentizará su desarrollo y dará paso a ciencias como la cibernética y la biología, porque en estas ciencias hay secretos frente a nuestra nariz: cómo se organizan las células, cómo tratar enfermedades, la herencia, etc. En materia tecnológica: cibernética en la interfaz con la biología. ¿Cómo funciona el cerebro, cómo pensamos, cómo hacer que la máquina piense como una persona? Estas tareas científicas son extremadamente interesantes y relevantes, y lo más importante: su solución le permite desarrollar dispositivos de venta en el mundo real que mejorarán la vida de las personas.
En una de sus entrevistas, notó que el desarrollo de los científicos nacionales se ve obstaculizado por el aislamiento en el instituto de investigación. ¿Es esta afirmación verdadera para la ciencia extranjera? ¿O se trataba solo de ciencia en Rusia?El sistema científico ruso es el legado del soviético, que fue encarcelado por la Guerra Fría. En aquellos días, desempeñaba bien sus funciones: la ciencia soviética era citada en el mundo al más alto nivel. Y cuando terminó la Guerra Fría, el apoyo estatal a la ciencia se debilitó bruscamente, su financiación disminuyó. Como resultado, la ciencia rusa heredó de la ciencia soviética no la mejor, sino las peores características, en particular, su aislamiento. Durante muchos años, las personas han estado haciendo lo mismo, interactuando muy débilmente con el mundo exterior y con la ciencia mundial. Una de las razones es que un científico ruso obtiene un puesto permanente en una etapa temprana de su carrera. Por ejemplo, un estudiante graduado tiene garantizado un trabajo por el resto de su vida. Resulta que no tiene sentido aprender algo nuevo, para demostrarle al mundo que vales algo: puedes sentarte en este instituto de investigación, obtener un pequeño salario y vivir como una persona común.
En este sentido, me gusta el enfoque de la ciencia internacional, donde una persona menor de 30-40 años no tiene un puesto permanente. Como resultado, está motivado para continuar la búsqueda, para trabajar. Si un científico deja de dar algo nuevo en la montaña, simplemente estará en la basura. Sí, esa presión es un motor desagradable, pero es el motor no solo del hombre, sino de la ciencia misma.
Además, en un sistema extranjero, una persona, por regla general, lleva a cabo varias etapas de su carrera, hasta que obtiene un puesto permanente, en diferentes grupos, universidades, a menudo en diferentes países. Como resultado, todos son portadores de experiencias únicas e ideas únicas que se pueden sintetizar como ninguna otra.
¿Puede la educación en línea ser efectiva como una fuente alternativa de conocimiento?Creo que la educación en línea es el futuro de la educación. Yo mismo estoy dominando los cursos en línea de aprendizaje automático. El método funciona bien: estoy listo para presenciar la efectividad yo mismo.
En el instituto hay un profesor en una audiencia de 200 personas, transmite algo y los estudiantes duermen. Cual es el punto? Hay una transferencia de información en una dirección, sin comentarios.
Está claro que las conferencias son indispensables. Pero entonces, ¿por qué no encontrar al mejor profesor del mundo que lea en línea no para 200 personas, sino para 20 mil personas? El oyente puede detener su conferencia en cualquier momento, pensarlo; escuche el material cuando sea conveniente, cuando haya un estado de ánimo. El papel del profesor y el maestro en la universidad cambiará: esto no será una transmisión, sino una educación interactiva: seminarios en los que el estudiante puede comunicarse directamente con el maestro, aprender de su experiencia y obtener respuestas a sus preguntas.
La educación en línea es efectiva cuando se combina con educación a tiempo completo. Espero que el concepto cambie en esta dirección: más interacción y conferencias en línea.
¿Cuál es su motivación para dar conferencias públicas?Esto es relevante para el tema de aislamiento sobre el que preguntó. Un científico generalmente tiene una tendencia a encerrarse en su cómoda torre de marfil: a investigar lo que es interesante para él y dos o tres personas en todo el mundo, para publicar artículos que solo esta pareja leerá. Hervir en su jugo. Y si nos volvemos así, dejamos de comunicarnos con el mundo, ¿de qué nos sirve? Por lo tanto, creo que nuestro deber es llevar la ciencia a las masas. No solo con el propósito altruista de la educación pública, sino también para no olvidar preguntarnos qué beneficios aportan nuestras actividades al progreso y a la humanidad.
¿Cuál será su conferencia científica popular en la Conferencia de Tecnología Cuántica el 1 de marzo?En la primera parte de la conferencia, diré algunas palabras sobre los conceptos básicos de la física cuántica basados en fotones: partículas elementales de luz. Y también sobre las paradojas cuánticas. Estoy interesado en este tema Muestra cuán sorprendente es la física cuántica, cuán increíbles son las consecuencias de cambios aparentemente simples en el concepto del mundo.
La segunda parte de la presentación estará dedicada a ejemplos de tecnologías cuánticas: computación cuántica, criptografía cuántica, cronometría cuántica y sensores.