Testemunhamos a segunda revolução quântica, disse o professor de física Alexander Lvovsky. Ele argumenta isso com o fato de que a humanidade aprendeu a controlar sistemas quânticos em nível de unidade.
Então, por que um computador quântico ainda não apareceu na mesa de todos e não toca música do VKontakte através de uma linha de comunicação quântica inquebrável? Sobre isso, bem como sobre o desenvolvimento da ciência russa e que "mais legal" é a tecnologia de blockchain ou quanta, disse o professor pessoalmente.
Alexander Lvovsky - Ph.D., professor de física da Universidade de Calgary, membro do conselho científico do Russian Quantum Center (RCC), editor do Optics Express, popularizador da ciência quântica. Entrevistador: Ilya Lopatin
Recorrido: Alexander LvovskyHoje, um computador quântico pode ser comprado por mais de 10 milhões de dólares, o que foi feito, por exemplo, pelo Google. Embora esse computador seja eficaz apenas na solução de problemas específicos. O que os compradores esperam pagar esse valor?
O Google comprou o "computador quântico" da empresa canadense D-Wave. Este não é um computador quântico universal, mas o chamado recozimento quântico - "recozimento quântico". Muitos de meus colegas - especialistas teóricos no campo da cibernética quântica - acreditam que este dispositivo não tem vantagens sobre o clássico. Embora o Google e o D-Wave mostrem exemplos de tarefas específicas que podem ser resolvidas mais rapidamente com este dispositivo do que em um computador clássico comum, os oponentes argumentam que isso ocorre porque os algoritmos clássicos simplesmente não são ideais. Em outras palavras, uma vantagem é uma ilusão decorrente do fato de não extrairmos do “ferro” clássico tudo o que ele é capaz.
Em suma, há debate científico. Nós, pessoas comuns, nos beneficiaremos deles em qualquer caso: ou teremos computadores quânticos ou algoritmos clássicos melhorarão significativamente.
Enquanto isso, essas disputas não foram resolvidas, a questão de saber se esse computador tem uma vantagem teórica sobre a clássica, em princípio, desaparece em segundo plano. Se estiver usando este dispositivo aqui e agora, você pode resolver o problema cem ou um milhão de vezes mais rápido do que em um computador clássico, por que não resolvê-lo dessa maneira?
Os investidores investem em muitos projetos. Um projeto de computador quântico é um alto risco e alto ganho. É claro que nada pode resultar disso, mas, se ocorrer, o escape será enorme (milhares, ou mesmo dezenas de milhares de por cento). Portanto, em média, como esperado, o projeto acaba sendo vencedor, atraente para investimentos.
Harvard criou um computador de 51 qubit. Diga-me, isso se aplica à segunda revolução quântica ou mesmo à primeira?A segunda revolução quântica é a capacidade de controlar sistemas quânticos complexos emaranhados no nível de seus componentes individuais (íons, fótons, átomos). Essa é a principal diferença da primeira revolução quântica - a invenção de dispositivos macroscópicos, que, embora usem a física quântica como base de seu trabalho, não são capazes de controle individual. Transistores e lasers levaram ao surgimento de circuitos integrados, computadores, Internet, comunicações móveis - em geral, tornaram o mundo da maneira que conhecemos agora. E a partir da segunda revolução quântica, esperamos ainda mais!
O experimento de Harvard é, obviamente, um elemento da segunda revolução quântica. No entanto, este não é um computador quântico, mas o chamado simulador quântico. Em outras palavras, este não é um dispositivo de computação, mas um tipo de sistema físico que permite emular sistemas físicos mais complexos, em particular a física de estado sólido.
Um dispositivo criado em Harvard. O projeto foi liderado por Mikhail Lukin e Marcus Greiner da Universidade de Harvard, bem como Vladan Vuletich do MIT.O que limita o crescimento do número de qubits ao criar computadores quânticos? De onde vêm os números 5, 50, 2000? O problema está exatamente no número de qubits?Sim, todos são medidos pelo número de qubits ... De fato, isso é uma porcaria, porque não é a quantidade que importa, mas a qualidade. Os qubits modernos são extremamente "frágeis": eles interagem com o mundo exterior e perdem suas informações quânticas muito rapidamente. Com a ajuda deles, é impossível realizar até os cálculos quânticos mais simples. Para fazer isso, você primeiro precisa fazer o que chamamos de qubit lógico, que pode suportar informações quânticas indefinidamente, corrigindo erros. Para fazer um qubit lógico, são necessárias dezenas ou centenas de físicos.
Computadores clássicos também têm isso. Os erros ocorrem constantemente lá e, se você não os corrigir, as informações desaparecerão instantaneamente. Mas como existem algoritmos de correção, não vemos erros. Vemos que as informações são armazenadas indefinidamente.
Na computação quântica, ainda não existe essa tecnologia, porque a qualidade dos qubits físicos não é suficiente para realizar sequer uma lógica. Portanto, toda conversa sobre o número de qubits deve ser tomada com cuidado.
Ouvimos regularmente sobre o lançamento de uma linha de comunicação quântica baseada no entrelaçamento quântico. Qual é a aplicabilidade do ponto de vista comercial?A maioria das linhas de comunicação quântica modernas não se baseia em emaranhados quânticos. Isso é bom, porque o emaranhamento é um fenômeno bastante complexo: é difícil obter e aplicar. A comunicação quântica moderna, por via de regra, usa pulsos fracos de laser - de modo que cada pulso individual contenha em média menos de um fóton. Às vezes, um fóton pula, então você pode gravar algumas informações e enviá-las a alguma distância. Nesse caso, você pode ter certeza de que, se alguém roubar esse fóton, ele não será capaz de reproduzi-lo no mesmo estado quântico. O segredo da comunicação quântica é baseado nisso.
O problema da comunicação quântica moderna é que ela age apenas a curtas distâncias. Porque Porque as perdas nas linhas de fibra são da ordem do fator de dois por 10 a 15 km. Isso significa que, por exemplo, na linha de Moscou a São Petersburgo, apenas um em cada
dezoito 18 bilhões de bilhões de impulsos chegará ao seu destino. A essa velocidade, é claro, é impossível transmitir quantidades razoáveis de informação.
Na linha de comunicação clássica usual, esse problema também está presente, mas é resolvido com a ajuda de repetidores ou amplificadores. Um amplificador é instalado a cada dezenas de quilômetros, o que eleva o nível do sinal óptico ao inicial. Isso não pode ser feito com uma linha quântica, porque esse amplificador será indistinguível de um espião: ele muda fótons e faz o mesmo. Portanto, outra tecnologia deve ser inventada - o chamado repetidor quântico. Para realizá-lo, é necessário o envolvimento quântico. Mais precisamente, dois fenômenos - teletransporte quântico e memória óptica quântica.
Por que o blockchain é vulnerável à tecnologia quântica?A função de hash criptográfico é usada na cadeia de blocos: cada bloco subsequente contém a função de hash da anterior, devido à qual agora é impossível alterar as informações armazenadas em um dos blocos sem violar a integridade de toda a cadeia. Um computador quântico pode tornar o cálculo da função de hash reversível, ou seja, ele pode captar uma alteração no bloco para que o hash não mude.
Há outra vulnerabilidade específica para criptomoedas: uma assinatura digital. Qualquer pessoa que possua um computador quântico poderá falsificar uma assinatura digital, ou seja, por exemplo, fazer uma grande transferência de dinheiro em nome de algum bilionário usando sua assinatura digital. Assim, assim que um computador quântico universal for inventado, para Bitcoin e para todas as moedas modernas, o custo será reduzido a zero.
Recentemente, nós do Russian Quantum Center descobrimos uma maneira de eliminar essas vulnerabilidades aplicando a tecnologia de comunicação quântica a blockchains. Eu acho que, é claro, blockchains e criptomoedas têm futuro - eles simplesmente mudarão e serão sintetizados com tecnologias quânticas no processo de desenvolvimento.
Suponha que os físicos estejam presos no estudo do microworld. O que acontecerá mais rapidamente - a pessoa chega ao entendimento de que não entende nada e não inventará nada, ou a incapacidade de financiar um superprojeto global, que será 10 vezes mais caro que o colisor de hádrons?
Acredito que ao longo do século 20, a física foi muito além em comparação com outras ciências. O desenvolvimento da ciência sempre foi ditado pela aplicação prática. E agora o nível de conhecimento da física é muitas ordens de magnitude superior ao que pode ser usado na prática. Posso descobrir mais? Certamente, mas para isso é realmente necessário usar telescópios gigantes ou construir aceleradores caros. A questão é - por quê? Uma curiosidade ociosa?
Portanto, parece-me que, no século XXI, a física desacelerará seu desenvolvimento e renderá ciências como cibernética e biologia, porque nessas ciências existem segredos diante de nosso nariz: como as células são organizadas, como tratar doenças, hereditariedade etc. Em questões tecnológicas - cibernética na interface com a biologia. Como o cérebro funciona, como pensamos, como fazer a máquina pensar como uma pessoa? Essas tarefas científicas são extremamente interessantes e relevantes, e o mais importante - a solução delas permite desenvolver dispositivos de vendas do mundo real que melhorarão a vida das pessoas.
Em uma de suas entrevistas, você notou que o desenvolvimento de cientistas domésticos é dificultado pelo isolamento no instituto de pesquisa. Esta afirmação é verdadeira para a ciência estrangeira? Ou era apenas sobre ciência na Rússia?O sistema científico russo é o legado do sistema soviético, que foi preso pela Guerra Fria. Naquela época, desempenhava bem suas funções: a ciência soviética era citada no mundo no mais alto nível. E quando a Guerra Fria terminou, o apoio estatal à ciência enfraqueceu-se acentuadamente, seu financiamento diminuiu. Como resultado, a ciência russa herdou da ciência soviética não as melhores, mas as piores características - em particular, seu isolamento. Por muitos anos, as pessoas têm feito a mesma coisa, interagindo muito fracamente com o mundo exterior e com a ciência mundial. Uma das razões é que um cientista russo obtém uma posição permanente no estágio inicial de sua carreira. Por exemplo, um estudante de pós-graduação tem um emprego garantido pelo resto da vida. Acontece que não faz sentido aprender algo novo, provar ao mundo que você vale alguma coisa - você pode se sentar neste instituto de pesquisa, receber um salário pequeno e viver como uma pessoa comum.
A esse respeito, gosto da abordagem da ciência internacional, em que uma pessoa com menos de 30 a 40 anos não tem uma posição permanente. Como resultado, ele é motivado a continuar a busca, a trabalhar. Se um cientista parar de distribuir algo novo na montanha - ele simplesmente estará no lixo. Sim, essa pressão é um motor desagradável, mas é o motor não apenas do homem, mas da própria ciência.
Além disso, em um sistema estrangeiro, uma pessoa, em regra, realiza várias etapas de sua carreira - até conseguir uma posição permanente - em diferentes grupos, universidades, geralmente em diferentes países. Como resultado, todos são portadores de experiências e idéias únicas que podem ser sintetizadas como nenhuma outra.
A educação on-line pode ser eficaz como fonte alternativa de conhecimento?Acredito que a educação online é o futuro da educação. Eu mesmo estou dominando os cursos on-line de aprendizado de máquina. O método funciona bem. Estou pronto para testemunhar a eficácia.
No instituto, há um professor em uma audiência de 200 pessoas, transmite algo e os estudantes dormem. Qual é o objetivo? Há uma transferência de informações em uma direção, sem feedback.
É claro que as palestras são indispensáveis. Mas então, por que não encontrar o melhor professor do mundo que lerá on-line, não para 200 pessoas, mas para 20 mil pessoas. O ouvinte pode parar sua palestra a qualquer momento, refletir sobre isso; ouça o material quando for conveniente, quando houver um clima. O papel do professor e do professor na universidade mudará: isso não será transmitido, mas educação interativa - seminários nos quais o aluno pode se comunicar diretamente com o professor, aprender com sua experiência e obter respostas para suas perguntas.
A educação on-line é eficaz quando combinada com a educação em tempo integral. Espero que o conceito mude nessa direção: mais interação e palestras - online.
Qual é a sua motivação para ministrar palestras públicas?Isso é relevante para o tópico de isolamento sobre o qual você perguntou. Um cientista geralmente tem uma tendência a se trancar em sua confortável torre de marfim - a pesquisar o que lhe interessa e a duas ou três pessoas em todo o mundo, a publicar artigos que somente este casal lerá. Ferva seu suco. E se nos tornamos assim, pare de se comunicar com o mundo, então qual é a utilidade de nós? Portanto, acredito que nosso dever é levar a ciência às massas. Não apenas para o propósito altruísta da educação pública, mas também para não esquecer de nos perguntar quais benefícios nossas atividades trazem ao progresso e à humanidade.
Qual será sua palestra sobre ciência popular na Quantum Technology Conference, em 1º de março?Na primeira parte da palestra, direi algumas palavras sobre os conceitos básicos da física quântica baseados em fótons - partículas elementares de luz. E também sobre paradoxos quânticos. Estou interessado neste tópico. Ele mostra o quão incrível é a física quântica, quão incríveis são as consequências para mudanças aparentemente simples no conceito de mundo.
A segunda parte da apresentação será dedicada a exemplos de tecnologias quânticas: computação quântica, criptografia quântica, cronometria quântica e sensores.