Зочин нийтлэлч: Б.Ганцацрал (TenGer TV-ийн Технологийн сэтгүүлч)

Хүн төрөлхтөн биднийг тооцооллын хувьд дараагийн том тавцан дээр аваачих квант компьютерын эринийг ойртож буйг илтгэх хоёр томоохон нээлт өнгөрсөн гурван сарын дотор гараад байгаа билээ. Unread-ийн уншигч танд уг нээлтүүдийг тайлбарлах болсондоо туйлын их баяртай байна. 

КОМПЬЮТЕРЫН ХУВЬСАЛ

1980-аад хувийн компьютер (personal computer) хэрэглээнд нэвтрэх дөхөж байна гэх гарчигтай мэдээнүүд өдөр тутмын сонинуудад гардаг байж. Тухайн үед зөвхөн томоохон судалгааны байгууллага, их сургуулиудад л байдаг, хэдэн өрөөг дүүргэх тоног, төхөөрөмжөөс бүрдэх нүсэр компьютер ажлын ширээн дээр багтах жижиг хэмжээтэй болж хувьсан өөрчлөгдөж байсан цаг юм. Уг хувьслыг бодит болгосон зүйл бол мэдээж хагас дамжуулагч (semiconductor).

Хагас дамжуулагчийн тусламжтайгаар компьютерын хүчин чадал хоёр жил тутамд хоёр дахин нэмэгдэж, хэмжээ нь ч тэр чинээгээрээ багасах учиртай байв. Энэ бол Интелийн үүсгэн байгуулагчдын нэг Гордон Мурын хийсэн тооцоолол. Одоо түүний тооцоолол хууль болон мөрдөгдөж “Мурын хууль” гэж нэрийддэг.


Эх сурвалж: Siemens Digital

Тухайн үед шинжлэх ухааны суурь нээлтийг технологийн компаниуд бүтээгдэхүүнүүддээ ашиглаж компьютерыг халаасанд багтах хэмжээтэй болох том аяллыг эхлүүлсэн юм. Одоо харин квант компьютерын (quantum computer) салбарт 40, 50 жилийн өмнөх хувийн компьютерт тохиосон хагас дамжуулагчийн эргэлтийн мөч мэдрэгдэж, өрсөлдөөн ид буцалж байна.

Microsoft Majorana - Шинэ төлөв, Шинэ материал

Microsoft компани квант чип бүтээх 17 жилийн явцдаа бодисын шинэ төлөвийг нээж, шинэ материал бүтээж чадсан нь тоглоомын дүрмийг өөрчлөөд байна. Ийнхүү тэд уг салбарын том тоглогчид болох IBM, Google-тэй эн зэрэгцэх болов. Энэ бол тус компанийн гурван гүйцэтгэх захирлын (Bill Gates, Steve Ballmer, Satya Nadella) нүүр үзэхдээ нэг ч удаа төсөв нь танагдаж байгаагүй, бүр ч нэмэгдсээр ирсэн тууштай судалгааны эхний үр дүн билээ. Тодруулбал, Microsoft компани өнгөрсөн сард танилцуулсан Majorana нэртэй шинэ квант чипийг бүтээхдээ онолын хувьд боломжтой гэж үзэж байсан топологийн төлөвийг практикт ашиглаж чаджээ.


Топологийн төлөв гэж юу вэ?

Топологийн төлөвийг Онолын физикч Б.Билгүүн, Квант тооцооллын эрин үе TenGer Panel хэлэлцүүлгийн үеэр ингэж тайлбарлав.

“Топологийн төлөв гэдэг нь ямар нэгэн зүйлийн геометр шинж чанарыг хэлдэг. Жишээ нь цагираган боовыг яаж ч нугалж, базаж байсан голын нүхээ хадгалж байгаа бол тополог шинж чанартай байна гэж үздэг. Майкрософтын судлаачид уг төлөвийг ашиглаж гүйдлийг ямар ч эсэргүүцэлгүйгээр дамжуулах материалыг гаргаж авч чадсан.”

Б.Билгүүн


Бага ангийн байгалийн шинжлэх ухааны хичээл үзсэн хүн бүр бодисын хатуу, шингэн, хий, плазма гэсэн дөрвөн төлөв байдгийг мэдэх байх. Тэгвэл тус компани судалгааныхаа явцад бодисын шинэ төлөвийг практикт баталж, хянаж чаддаг болсноо танилцуулсан юм. Үүнийхээ тусламжтайгаар квант тооцоололд ашиглах шинэ материал, шинэ архитектурыг бүтээж чаджээ.

Гэхдээ энэ бол зөвхөн Microsoft-ийн өөрсдийнх хийсэн мэдэгдэл гэдгийг анхаарууштай. Тиймээс бодисын шинэ төлөвийн талаар бусад эрдэмтэд юу гэж байгааг сонирхъё.

Тус компанийн зүгээс Калифорниа мужийн Санта Барбарад байдаг судалгааны төв дээрээ цөөн тооны эрдэмтдэд зарим өгөгдлөө үзүүлсэн байна. Эдгээр эрдэмтдээс Оксфордын их сургуулийн онолын физикч Steven Simon “Тэдний харж байгаа зүйлд амьдралаараа бооцоо тавих уу гэвэл үгүй. Гэхдээ боломжийн харагдаж байна” гэв. Мэдээж тэрээр харах гэдгээр топологийн төлөвийг илэрхийлсэн болов уу. Мөн Microsoft компанийн шинжлэх ухааны Nature сэтгүүлд нийтэлсэн нийтлэлд топологийн кюбит оршин байгааг нотлох бүрэн баталгаа хараахан өгөөгүй байна гэдэг шүүмжлэлд өртөөд байгаа юм.

Топологийн төлөв ба квант компьютер

Үнэн хэрэгтээ бодис бидний мэдэхээс маш олон төлөвт оршин байдаг. Бидний сайн мэдэх хатуу, шингэн, хий, плазмагаас гадна квант болон тусгай орчинд 10 гаруй төлөв байх боломжтойг эрдэмтэд илрүүлээд байгаа.

Гэхдээ бидний гол анхаарлаа хандуулах ёстой топологийн төлөв квант механиктай холбоотой. Бид бодисын үндсэн гурван төлөвтэй өдөр бүр тааралддаг. Эдгээр төлөвүүд тухайн бодисын атомын хөдөлгөөнүүд дээр суурилдаг. Тэгвэл атомоос ч жижиг квант орчинд бөөмсийн дунд юу болдог вэ?

Эх сурвалж: Nature

Хэрэв аливаа бодисыг хэт их халаавал, жишээ нь оддын цөм шиг өндөр температурт байлгавал хийтэй төстэй плазма гэх төлөвт ордог. Ялгаа нь плазма төлөвт тухайн бодисын цахилгаан дамжуулах чадвар нь эрс нэмэгдэж бөөмс нь цэнэгждэг байна. Байгаль дээр нар, од, аянга зэргээс үүсдэг мөн цөмийн нэгдлийн реактор болох ТОКАМАК-т плазма төлөвийг ажиглаж болно.

Харин эсрэгээрээ бодисыг хэт бага температурт хөргөвөл юу болох вэ?

Анх 1937 онд математикч Ettore Majorana хэт хүйтэн орчинд топологийн төлөв орших байх боломжтойг онолын хувьд олж тогтоожээ. Түүнээс хойш судлаачид топологийн төлөвийг практикт нотлохыг оролдсоор ирсэн юм. Ийнхүү Microsoft компанийн судлаачид өнгөрсөн жил анх удаа топологийн төлөв болон Majorana бөөмийг ажиглаж чаджээ. Харин энэ жил түүнийг хянаж чаддаг болсон байна. Ингэснээр Topoconductor гэж нэрлэсэн шинэ төрлийн хагас дамжуулагчийг бүтээж чадсанаа зарлаад байгаа юм.

Эх сурвалж: Geopop

Хэрэглээнд нэвтрүүлэх 1 сая кюбитын босго

Ингэснээр алганд багтах чипэнд 1 сая кюбитыг (квант компьютер хэрэглээнд нэвтрэхийн тулд давах ёстой босго) багтаах боломжтой болжээ. Майкрософт компани шинээр тантлцуулсан Majorana чипэндээ одооогоор 8 топологийн кюбитыг л багтааж чадаж буй. Бидний өдөр тутамдаа ашиглаж байгаа компьютерүүд 0, 1 гэсэн мэдээллийг хагас дамжуулагчийн тусламжтайгаар дамжуулдаг. Харин квант компьютерүүдэд кюбит (qubit) гэдэг нэгжийг ашигладаг. Кюбитын тоо нэмэгдэх тусам тухайн компьютерын тооцоолох хүчин чадал нэмэгдэж, алдааны нарийвчлал нь багасах юм.

Эх сурвалж: Microsoft

Одоогоор квант компьютерыг хэрэглээнд нэвтрүүлэхэд тулгарч буй хамгийн том сорилт бол алдааны нарийвчлал. Дижитал компьютерүүд хэдэн наяд үйлдэлд нэг алдаа гаргадаг бол квант компьютерүүд 100, 1000 үйлдэл тутам нэг алдаа гаргаж байгаа аж. Кюбитыг тоо нэмэгдүүлснээр уг асуудал шийдэгдэж, квант компьютер жинхэнэ утгаараа хэрэглээнд нэвтрэх учиртай. Өөрөөр хэлбэл, Microsoft 17 жилийн өмнө маш зоригтойгоор хэний ч нотолж чадаагүй зүйлд бооцоо тавьсан нь шинэ эриний тооцооллын салбарт тэргүүлэгч болох нөхцөлийг бүрдүүлээд байгаа гэсэн үг.

Google юу хийж байна?

Харин квант компьютерыг бүтээх уламжлалт аргаар урагшилж буй Google өнгөрсөн оны төгсгөлд шинэ чипээ танилцуулж өрсөлдөөнийг улам ширүүсгэж байв. Google компани Willow нэртэй чипээ танилцуулахдаа төсөөлөлд үл багтам тооцооллын талаар ярьсан нь олон хүний анхаарлыг татав.

Тэдний шинэ чип дэлхий дээрх хамгийн супер компьютер 10 септиллион буюу 10-ийн нэмэх 25 зэрэгтэй тэнцэх жил тооцоолоод ч шийдэж чадахааргүй бодлогыг ердөө тавхан минутад тооцоолох чадалтай гэв. 10 септиллион жил хугацаанд 13,7 тэрбум жилийн настай манай ертөнц хэдэн мянган удаа үүсэх боломжтой. Физикийн хугацааны хязгаарыг давсан уг нээлтээ Google тайлбарласан хэвлэлийн мэдээндээ параллель ертөнцийг дурдсан нь бүр ч хачирхалтай. Онолын хувьд ч байнгын маргаан дагуулдаг параллель ертөнцийн онол квант компьютертой хэрхэн холбогдож болохыг онолын физикч Б.Билгүүн ингэж тайлбарласан юм.

“Энэ бол квант компьютерын загалмайлсан эцгүүдийн нэг болох David Deutsch-ийн санаа. Тэрээр квант компьютерын алгоритмыг анхлан зохиогчдын нэг. Жишээ нь, төөрдөг байшингийн бодлого бодъё. Дижитал компьютер бүх замыг нэг нэгээр нь туршиж үзэх бол, квант компьютер бүх замаар нь нэгэн зэрэг яваад цаана нь гарсныхаа дараа хамгийн богино замыг олно гэсэн үг. D.Deutsch үүнийг зэрэгцээ ертөнцөд нэгэн зэрэг бүх замаар нь явж байгаа гэж тайлбарладаг.”

Б.Билгүүн

Эх сурвалж: Google Willow

Google сүүлийн 30 жил толгойны өвчин болсон алдааны нарийвчлалын асуудалд шийдэл олсноо ч мөн зарласан юм. Квант компьютерын кюбитын тоог нэмэх тусам алдаагүй тооцоолол хийхэд маш төвөгтэй болдог гэнэ. Тайлбарлабал, квант компьютерын кюбитэд классик компьютерын 0, 1 төлөвөөс гадна аль ч төлөвд нэгэн зэрэг орших боломжтой суперпозиц (superposition) гэж байдаг. Өөрөөр хэлбэл 1 ч байж болно, 0 ч байж болно. Уг шинж чанарыг нь ашиглан асар өндөр тооцоолох чадвартай компьютер бүтээж буй гэж ойлгож болно. Кюбитын тоо нэмэгдэх тусам квант төлөвт байгаа бөөмүүд дээр дурдсан классик төлөв рүү шилжих аюултай нүүр тулдаг аж.

Иймд Google-ийн квант лабраторынхан кюбитын тоог нэмэгдүүлэхийн оронд алдааны нарийвчлалыг шат ахих тусам 50 хувиар бууруулж чадах алгоритмыг бүтээжээ. Өөрөөр хэлбэл кюбитын тоо нэмэгдэж байсан ч алдаа хийх магадлал нь экспоненциалаар буурах юм. Үүний ачаар 105 кюбиттэй Willow чип өмнөхөөсөө харьцангуй бага алдаа гаргадаг болсон байна.

Дашрамд дурдахад Google 2019 онд квант компьютерыг анх удаа дэлхийн хүчирхэг супер компьютерыг давж чадсаныг зарлаж байсан удаатай. Тэд 2012 онд өөрсдийн Google Quantum AI лабратороо үүсгэн байгуулж байсан юм. Одоо харин анхны бүтээгдэхүүн нь хэрэглээнд нэвтэрч арилжаалагдах цаг ойртоод байна.

Уншигч та Google, Microsoft хоёрын дэвшүүлж буй технологийн шийдлүүд эрс ялгаатай байгааг анзаарсан байх. Нэг нь шинэ материалын тусламжтайгаар сая кюбит багтааж чадна гэж байгаа бол нөгөө нь кюбитийн тоог хэдэн зуу дээр барьж түүн дээр ажиллах алгоритмыг нь сайжруулахыг зорьж байна. Хэн нь зах зээл дээр зарагдах анхны чипийг танилцуулах чадах бол гэдэг бүр ч их сонирхол татаж буй.

Эх сурвалж: MIT Technology Review

Эрсдэл

Квант компьютер шинжлэх ухаан, технологийн олон салбарын хөгжлийг хурдасгахаас гадна буруу гарт орвол улс үндэсний кибер аюулгүй байдлын системийг эвдэх магадлал бий. Тиймээс квант тооцооллын хөгжлөөс геополитикийн үр дагавар гарах нь дамжиггүй. Иймд энэ салбарт Америкт төвтэй технологийн компаниудаас гадна Хятадын засгийн газар 15.2 тэрбум доллар, Европын холбоо 7.2 тэрбум доллар тус тус хөрөнгө оруулахаа зарлаад байна.


Яг одоо таны энэ нийтлэлийг уншиж байхдаа ашиглаж байгаа тооцооллын төхөөрөмжийн халааг авах ирээдүйн технологи хэдийн хаалга тогшоод эхэлснийг сануулаад нийтлэлээ өндөрлүүлье.