Kami telah menyaksikan revolusi kuantum kedua, kata profesor fisika Alexander Lvovsky. Dia berpendapat ini dengan fakta bahwa manusia telah belajar untuk mengendalikan sistem kuantum pada tingkat unit.
Lalu mengapa komputer kuantum belum muncul di meja semua orang dan tidak memutar musik dari VKontakte melalui jalur komunikasi kuantum yang tidak dapat dipecahkan? Tentang ini, serta tentang pengembangan ilmu pengetahuan Rusia dan bahwa "pendingin" adalah teknologi blockchain atau kuanta, kata profesor itu secara pribadi.
Alexander Lvovsky - Ph.D., profesor fisika di University of Calgary, anggota dewan ilmiah Rusia Quantum Center (RCC), editor Optics Express, yang mempopulerkan ilmu kuantum. Pewawancara: Ilya Lopatin
Termohon: Alexander LvovskySaat ini, komputer kuantum dapat dibeli 10+ juta dolar, yang dilakukan, misalnya oleh Google. Sementara komputer seperti itu hanya efektif dalam memecahkan masalah yang ditargetkan sempit. Apa yang diharapkan pembeli untuk membayar jumlah ini?
Google membeli "komputer kuantum" dari perusahaan Kanada D-Wave. Ini bukan komputer kuantum universal, tetapi apa yang disebut kuantum annealer - "kuantum annealer." Banyak kolega saya - pakar teori dalam bidang cybernetics kuantum - percaya bahwa perangkat ini tidak memiliki keunggulan dibandingkan yang klasik. Meskipun Google dan D-Wave menunjukkan contoh tugas spesifik yang dapat diselesaikan lebih cepat dengan perangkat ini daripada pada komputer klasik dan konvensional, para penentang berpendapat bahwa ini adalah karena algoritma klasik tidak optimal. Dengan kata lain, keuntungan adalah ilusi yang timbul dari kenyataan bahwa kita tidak memeras segala “besi” klasik yang mampu dilakukannya.
Singkatnya, ada perdebatan ilmiah. Kami, orang biasa, akan mendapat manfaat dari mereka dalam hal apa pun: baik kami akan memiliki komputer kuantum, atau algoritma klasik akan meningkat secara signifikan.
Sementara itu, perselisihan ini belum terselesaikan, pertanyaan apakah komputer ini memiliki keunggulan teoretis dibandingkan komputer klasik, pada prinsipnya, menghilang ke latar belakang. Jika menggunakan perangkat ini di sini dan sekarang Anda dapat memecahkan masalah seratus atau jutaan kali lebih cepat daripada di komputer klasik, lalu mengapa tidak menyelesaikannya seperti itu?
Investor berinvestasi dalam banyak proyek. Proyek komputer kuantum adalah keuntungan tinggi risiko tinggi. Jelas bahwa tidak ada yang bisa terjadi, tetapi jika itu terjadi, knalpotnya akan sangat besar (ribuan, atau bahkan puluhan ribu persen). Karena itu, secara rata-rata, seperti yang diharapkan, proyek itu ternyata menang, menarik untuk investasi.
Harvard menciptakan komputer 51-qubit. Katakan padaku, apakah ini berlaku untuk revolusi kuantum kedua, atau bahkan yang pertama?Revolusi kuantum kedua adalah kemampuan untuk mengendalikan sistem kuantum terjerat kompleks pada tingkat komponen masing-masing (ion, foton, atom). Ini adalah perbedaan utama dari revolusi kuantum pertama - penemuan perangkat makroskopik, yang, meskipun mereka menggunakan fisika kuantum sebagai dasar kerja mereka, tidak mampu mengendalikan individu. Transistor dan laser menyebabkan munculnya sirkuit terpadu, komputer, Internet, komunikasi seluler - secara umum, menjadikan dunia seperti yang kita kenal sekarang. Dan dari revolusi kuantum kedua kita berharap lebih banyak lagi!
Eksperimen Harvard, tentu saja, merupakan elemen dari revolusi kuantum kedua. Namun, ini bukan komputer kuantum, tetapi yang disebut simulator kuantum. Dengan kata lain, ini bukan perangkat komputasi, tetapi semacam sistem fisik yang memungkinkan Anda untuk meniru sistem fisik yang lebih kompleks, khususnya, fisika keadaan padat.
Perangkat yang dibuat di Harvard. Proyek ini dipimpin oleh Mikhail Lukin dan Marcus Greiner dari Universitas Harvard, serta Vladan Vuletich dari MITApa yang membatasi pertumbuhan jumlah qubit saat membuat komputer kuantum? Dari mana angka 5, 50, 2000 berasal? Apakah masalahnya tepat dalam jumlah qubit?Ya, semua orang diukur dengan jumlah qubit ... Sebenarnya, ini omong kosong, karena bukan kuantitas yang penting, tetapi kualitas. Qubit modern sangat "rapuh": mereka berinteraksi dengan dunia luar dan kehilangan informasi kuantum mereka dengan sangat cepat. Dengan bantuan mereka, mustahil untuk melakukan perhitungan kuantum yang paling sederhana sekalipun. Untuk melakukan ini, pertama-tama Anda perlu melakukan apa yang kami sebut qubit logis, yang dapat mendukung informasi kuantum tanpa batas dengan memperbaiki kesalahan. Untuk membuat satu qubit logis, diperlukan puluhan atau bahkan ratusan fisik.
Komputer klasik juga memilikinya. Kesalahan terus-menerus terjadi di sana, dan jika Anda tidak memperbaikinya, maka informasi tersebut akan hilang secara instan. Tetapi karena ada algoritma koreksi, kami tidak melihat kesalahan. Kami melihat bahwa informasi disimpan tanpa batas.
Dalam komputasi kuantum, belum ada teknologi seperti itu, karena kualitas qubit fisik tidak cukup untuk mewujudkan satu pun yang logis. Karena itu, semua pembicaraan tentang jumlah qubit harus diperhatikan.
Kami secara teratur mendengar tentang peluncuran jalur komunikasi kuantum berdasarkan keterikatan kuantum. Bagaimana ini berlaku dari sudut pandang komersial?Sebagian besar jalur komunikasi kuantum modern tidak didasarkan pada keterikatan kuantum. Ini bagus, karena keterikatan adalah fenomena yang agak rumit: sulit diperoleh dan diterapkan. Komunikasi kuantum modern, sebagai suatu peraturan, menggunakan pulsa laser yang lemah - sehingga setiap pulsa individu rata-rata mengandung kurang dari satu foton. Terkadang satu foton terlewati, maka Anda dapat merekam beberapa informasi tentangnya dan mengirimkannya ke tempat yang jauh. Dalam hal ini, Anda dapat yakin bahwa jika seseorang mencuri foton ini, ia tidak akan dapat mereproduksinya dalam keadaan kuantum yang sama. Kerahasiaan komunikasi kuantum didasarkan pada ini.
Masalah komunikasi kuantum modern adalah bahwa ia hanya bertindak pada jarak pendek. Mengapa Karena kerugian pada garis serat adalah urutan faktor dua untuk 10-15 km. Ini berarti bahwa, misalnya, dalam jalur dari Moskow ke St. Petersburg, hanya satu dari 10
18 - miliar miliar impuls yang akan mencapai tujuannya. Dengan kecepatan seperti itu, tentu saja, tidak mungkin untuk mengirimkan informasi dalam jumlah yang wajar.
Dalam jalur komunikasi klasik yang biasa, masalah ini juga ada, tetapi diselesaikan dengan bantuan repeater atau amplifier. Sebuah amplifier dipasang setiap beberapa puluh kilometer, yang meningkatkan level sinyal optik ke sinyal awal. Ini tidak dapat dilakukan dengan garis kuantum, karena penguat seperti itu tidak dapat dibedakan dari mata-mata: ia mengubah foton dan melakukan hal yang sama. Oleh karena itu, teknologi lain harus ditemukan - yang disebut repeater kuantum. Untuk merealisasikannya, keterikatan kuantum diperlukan. Lebih tepatnya, dua fenomena - teleportasi kuantum dan memori optik kuantum.
Mengapa blockchain rentan terhadap teknologi kuantum?Fungsi hash kriptografi digunakan dalam blockchain: setiap blok berikutnya berisi fungsi hash dari yang sebelumnya, karena itu sekarang tidak mungkin untuk mengubah informasi yang disimpan di salah satu blok tanpa melanggar integritas seluruh rantai. Komputer kuantum dapat membuat perhitungan fungsi hash reversibel, yaitu, ia dapat mengambil perubahan di blok sehingga hash tidak berubah.
Ada kerentanan lain khusus untuk cryptocurrency: tanda tangan digital. Siapa pun yang memiliki komputer kuantum akan dapat memalsukan tanda tangan digital, yaitu, misalnya, melakukan transfer uang besar atas nama beberapa miliarder menggunakan tanda tangan digitalnya. Jadi, segera setelah komputer kuantum universal ditemukan, untuk Bitcoin, dan untuk semua cryptocurrency modern, biaya akan dikurangi menjadi nol.
Baru-baru ini, kami di Pusat Kuantum Rusia menemukan cara untuk menghilangkan kerentanan ini dengan menerapkan teknologi komunikasi kuantum ke blockchain. Saya pikir, tentu saja, blockchain dan cryptocurrency memiliki masa depan - mereka hanya akan berubah dan disintesis dengan teknologi kuantum dalam proses pengembangan.
Misalkan fisikawan terjebak dalam studi tentang microworld. Apa yang akan terjadi lebih cepat - orang tersebut memahami bahwa dia tidak memahami apa pun dan tidak akan menemukan apa pun, atau ketidakmampuan untuk membiayai proyek super global yang akan 10 kali lebih mahal daripada collron hadron?
Saya percaya bahwa selama abad ke-20, fisika telah maju jauh dibandingkan dengan ilmu-ilmu lain. Perkembangan sains selalu didikte oleh aplikasi praktis. Dan sekarang tingkat pengetahuan fisika banyak urutan besarnya lebih tinggi dari apa yang dapat digunakan dalam praktik. Bisakah saya mencari tahu lebih banyak? Tentu saja, tetapi untuk ini sangat diperlukan teleskop raksasa atau akselerator mahal. Pertanyaannya adalah - mengapa? Keingintahuan kosong?
Oleh karena itu, bagi saya, pada abad ke-21, fisika akan memperlambat perkembangannya dan menghasilkan ilmu-ilmu seperti cybernetics dan biologi, karena dalam ilmu-ilmu ini ada rahasia di depan hidung kita: bagaimana sel-sel diatur, bagaimana merawat penyakit, keturunan, dll. Dalam hal teknologi - cybernetics di antarmuka dengan biologi. Bagaimana otak bekerja, bagaimana kita berpikir, bagaimana membuat mesin berpikir seperti seseorang? Tugas-tugas ilmiah ini sangat menarik dan relevan, dan yang paling penting - solusi mereka memungkinkan Anda untuk mengembangkan perangkat penjualan dunia nyata yang akan meningkatkan kehidupan masyarakat.
Dalam salah satu wawancara Anda, Anda memperhatikan bahwa perkembangan ilmuwan domestik terhambat oleh isolasi di lembaga penelitian. Apakah pernyataan ini benar untuk sains asing? Atau hanya tentang sains di Rusia?Sistem ilmiah Rusia adalah warisan dari sistem Soviet, yang dipenjara karena Perang Dingin. Pada masa itu, ia menjalankan fungsinya dengan baik: sains Soviet dikutip di dunia pada tingkat tertinggi. Dan ketika Perang Dingin berakhir, dukungan negara untuk sains melemah tajam, dananya menurun. Akibatnya, ilmu pengetahuan Rusia diwarisi dari ilmu Soviet bukan yang terbaik, tetapi fitur terburuk - khususnya, isolasi. Selama bertahun-tahun orang telah melakukan hal yang sama, berinteraksi sangat lemah dengan dunia luar dan dengan ilmu pengetahuan dunia. Salah satu alasannya adalah bahwa seorang ilmuwan Rusia mendapat posisi permanen pada tahap awal karirnya. Sebagai contoh, seorang mahasiswa pascasarjana dijamin pekerjaan selama sisa hidupnya. Ternyata tidak masuk akal untuk mempelajari sesuatu yang baru, untuk membuktikan kepada dunia bahwa Anda bernilai sesuatu - Anda dapat duduk di lembaga penelitian ini, mendapatkan gaji kecil dan hidup seperti orang biasa.
Dalam hal ini, saya menyukai pendekatan sains internasional, di mana seseorang di bawah 30-40 tahun tidak memiliki posisi permanen. Akibatnya, ia termotivasi untuk melanjutkan pencarian, untuk bekerja. Jika seorang ilmuwan berhenti memberikan sesuatu yang baru di gunung - ia hanya akan berada di tempat sampah. Ya, tekanan semacam itu adalah mesin yang tidak menyenangkan, tetapi itu bukan hanya mesin manusia, tetapi juga sains itu sendiri.
Selain itu, dalam sistem asing, seseorang, sebagai suatu peraturan, melakukan berbagai tahapan karirnya - sampai ia mendapatkan posisi permanen - di berbagai kelompok, universitas, sering di berbagai negara. Akibatnya, semua orang adalah pembawa pengalaman unik dan ide-ide unik yang dapat disintesis tidak seperti yang lain.
Bisakah pendidikan online menjadi efektif sebagai sumber pengetahuan alternatif?Saya percaya bahwa pendidikan online adalah masa depan pendidikan. Saya sendiri yang menguasai kursus pembelajaran mesin online. Metode ini berfungsi dengan baik - Saya siap menyaksikan sendiri keefektifannya.
Di institut ada dosen di antara 200 orang, menyiarkan sesuatu, dan siswa tidur. Apa gunanya Ada transfer informasi dalam satu arah, tanpa umpan balik.
Jelas bahwa kuliah sangat diperlukan. Tapi mengapa tidak mencari dosen terbaik di dunia yang akan membaca online bukan untuk 200 orang, tetapi untuk 20 ribu orang. Pendengar dapat menghentikan ceramahnya kapan saja, memikirkannya; dengarkan materi saat itu nyaman, ketika ada suasana hati. Peran profesor dan guru di universitas akan berubah: ini tidak akan disiarkan, tetapi pendidikan interaktif - seminar di mana siswa dapat langsung berkomunikasi dengan guru, belajar dari pengalamannya dan mendapatkan jawaban atas pertanyaannya.
Pendidikan online efektif bila dikombinasikan dengan pendidikan penuh waktu. Saya berharap bahwa konsep ini akan berubah ke arah ini: lebih banyak interaksi, dan kuliah - online.
Apa motivasi Anda untuk memberikan kuliah umum?Ini relevan dengan topik isolasi yang Anda tanyakan. Seorang ilmuwan umumnya memiliki kecenderungan untuk mengunci dirinya sendiri di menara gadingnya yang nyaman - untuk meneliti apa yang menarik baginya dan dua atau tiga orang di seluruh dunia, untuk menerbitkan artikel yang hanya akan dibaca oleh pasangan ini. Rebus jus Anda. Dan jika kita menjadi begitu, berhentilah berkomunikasi dengan dunia, lalu apa gunanya kita? Karena itu, saya percaya bahwa tugas kita adalah membawa ilmu pengetahuan kepada massa. Tidak hanya untuk tujuan altruistik dari pendidikan publik, tetapi juga agar tidak lupa untuk bertanya pada diri sendiri apa manfaat kegiatan kita untuk kemajuan dan kemanusiaan.
Apa yang akan menjadi kuliah sains populer Anda di Konferensi Teknologi Quantum 1 Maret?Di bagian pertama ceramah saya akan mengatakan beberapa kata tentang dasar-dasar fisika kuantum berdasarkan foton - partikel dasar cahaya. Dan juga tentang paradoks kuantum. Saya tertarik dengan topik ini. Ini menunjukkan betapa menakjubkannya fisika kuantum, betapa luar biasa konsekuensinya bagi perubahan yang tampak sederhana dalam konsep dunia.
Bagian kedua dari presentasi akan dikhususkan untuk contoh teknologi kuantum: komputasi kuantum, kriptografi kuantum, kronometri kuantum, dan sensor.