Dienas Bizness

  • 22 pirmdiena,
    oktobris

    Īrisa, Irīda, Airisa

  • Eiro kalkulators

     EUR  LVL
  • Valūtu kursi

    GBP: 0.8802

    USD: 1.1470

Tehnoloģijas

Kvantu diriģents

Brīdī, kad tiks ieviesti kvantu datori, uzņēmumos būs nepieciešami darbinieki, kuri saprot, kas ir kvantu skaitļošana, un zina, kā to praktiski pielietot, laikrakstam Dienas Bizness norāda Latvijas Universitātes (LU) Datorikas fakultātes Datorzinātnes matemātisko pamatu katedras profesors Andris Ambainis, kura vadībā Latvijā tiek meklēti risinājumi šīs nākotnes tehnoloģijas izmantošanai.

Zinātnieks, kurš ir atzīts par vienu no spēcīgākajiem kvantu tehnoloģiju pētniekiem pasaulē, lēš, ka pirmā lieljaudas skaitļošanas ierīce dienasgaismu ieraudzīs jau pēc pāris gadiem un laika gaitā sniegs būtisku artavu dažādu nozaru attīstībā. Tiek sagaidīts, ka kvantu dators būs īpaši noderīgs plānošanas un mākslīgā intelekta jomās.

Fragments no intervijas, kas publicēta 12. oktobra laikrakstā Dienas Bizness:


Kad un kāpēc jūs aizrāvāties tieši ar kvantu skaitļošanu?

Tā ir virkne sagadīšanos. Tā kā man labi veicās matemātikas olimpiādēs, profesors Andžāns mani aizveda pie sava kādreizējā disertācijas vadītāja profesora Rūsiņa Mārtiņa Freivalda, kas bija tajā laikā pasaulē pazīstamākais Latvijas matemātiķis un datorzinātnieks. Sāku darboties matemātiskajā datorzinātnē kopā ar profesoru Freivaldu. Tad nonācu doktorantūrā Kalifornijas Universitātē Berklijā. Pirmajā semestrī profesors Umešs Vazirani (Umesh Vazirani) lasīja kursu par kvantu skaitļošanu. Es to kursu noklausījos, un mani tā ieinteresēja. Tolaik tā bija pavisam jauna joma. Tas bija 1997. gads, kad kvantu skaitļošana sāka kļūt no piecu vai desmit «traku» zinātnieku aizraušanās par kaut ko lielāku. Tā kā gandrīz nekas nebija zināms, pavērās ļoti plašs darba lauks. Tieši tas arī mani piesaistīja, ka bija daudz un dažādas nezināmas lietas un ka varēja uzreiz ķerties klāt un meklēt risinājumus.

Jau vairāk nekā 20 gadus norit darbs pie kvantu datoru izstrādes, cik ilgi vēl jāgaida pirmie paraugi?

Jā, darbs pie kvantu datoru radīšanas sākās, kad es studēju Kalifornijas Universitātē 1997. gadā. Es atceros pašas pirmās sarunas par šo tēmu. Šobrīd varu teikt, ka mēs esam daudz tuvāk kvantu datoram, nekā bijām pirms tiem 20 gadiem. Šo gadu laikā vismaz divas reizes ir mainījušās pieejas, kā to būvēt. Pirmā pieeja, kas tika aizsākta manos Bērklijas gados, izrādījās nepietiekama, tai sekoja cita, tagad ir radīta trešā – kvantu dators, izmantojot supravadītāju materiālus, kas ļoti zemā temperatūrā vada elektrisko strāvu bez pretestības. Supravadītāju pamatā ir kvantu fizika, un tos var izmantot, lai būvētu kvantu datoru. Ir radītas mikroshēmas, kas ir līdzīgas parastajām mikroshēmām, bet tās veido no supravadītāju elementiem un tās strādā ļoti zemās temperatūrās. Pasaulē ir kādas desmit laboratorijas, kur šādā veidā mēģina uzbūvēt kvantu datoru. To dara lielie informācijas tehnoloģiju uzņēmumi – IBM, Intel, Google –, kā arī vairākas akadēmiskas organizācijas, to dara arī lielie valsts pētniecības centri un firmas Ķīnā. Būtībā pasaulē notiek sacensība, kurš pirmais, izmantojot šo tehnoloģiju, uzbūvēs pietiekami lielu kvantu datoru. Mēs esam dažu gadu attālumā no pirmā kvantu datora, uz kura varēs izskaitļot ko tādu, ko nevar izskaitļot uz parastā.

Kāds varētu būt kvantu dators? Ar ko tas atšķirsies no tā, ko lietojam šobrīd?

Atšķirsies gan ārējais izskats, gan iekšējā loģika. Tā būs specializēta ierīce lieljaudas skaitļošanai. To varētu salīdzināt ar parastajiem superdatoriem, kurus izmanto, ja ir nepieciešams nomodelēt kādus ķīmijas vienādojumus vai prognozēt laika apstākļus, vai darīt ko tādu, kas ir ļoti sarežģīts no skaitļošanas viedokļa. Kvantu datori sākumā būs pavisam nelielā eksemplāru skaitā. Tie visā pasaulē būs tikai kādi pieci līdz desmit. Tie, kuriem būs nepieciešamība pēc lieljaudas skaitļošanas, varēs attālināti pie šiem datoriem pieslēgties un izskaitļot to, ko vajag. Kvantu datoriem iekšā būs tādas pašas mikroshēmas kā parastajos datoros. Tām apkārt būs pamatīgas dzesēšanas iekārtas, diezgan liels daudzums elektronikas, kas nodrošinās to, ka signāli nonāk no normālās vides istabas temperatūrā līdz mikroshēmai, kas funkcionē pie 0,01 grāda virs absolūtās nulles.

Kāpēc kvantu datori ir nepieciešami? Kādas iespējas tie pavērs dažādām nozarēm? Kuras no tiem būs lielākās ieguvējas?

Ir tādas jomas, kurām priekšrocība ir visskaidrākā, ir tādas, kurām tā ir iespējama, bet ir mazāk skaidra. Visskaidrākā priekšrocība, protams, būs zinātnei, piemēram, materiālu zinātnei un ķīmijai, kur kvantu fizikas modelēšana uz parastā datora ir ārkārtīgi sarežģīta un daudzos gadījumos pat neiespējama. Ķīmiskas reakcijas būtībā reducējas uz to, kā molekulā pārvietojas elektroni, jebkuru ķīmisku reakciju var aprakstīt ar kvantu fizikas vienādojumu, tikai tie parasti sanāk pārāk sarežģīti, lai tos atrisinātu pat uz visjaudīgākā superdatora. Kvantu dators to spēs paveikt. To varēs izmantot ķīmisko reakciju noteikšanai, piemēram, minerālmēslu ražošanā, kas prasa aptuveni 2% no pasaules dabas gāzes. Ja varētu izdomāt, kā to izdarīt efektīvāk, tas būtu milzīgs enerģijas un naudas ietaupījums. Tās pašas ķīmiskās reakcijas notiek dzīvajā dabā – augu lapās, tās neprasa tos milzīgos dabas gāzes apjomus, kādi tiek patērēti rūpniecībā. Ja varētu rūpnieciskā mērogā atdarināt to, kas notiek augu lapās, tad tas būtu milzīgs ieguvums cilvēcei. Ir cerība, ka kvantu dators ļaus šo procesu saprast un nomodelēt. Tam būs liela nozīme arī šifrēšanā un šifru uzlaušanā. Kvantu dators ļautu uzlauzt daudzus no esošajiem šifriem, un ar tā palīdzību varētu būvēt labākas šifrēšanas ierīces par esošajām. Tās izmantos tur, kur ir nepieciešams pārraidīt šifrētu informāciju – gan militārajā, gan finanšu nozarē. Trešā joma, kurā varētu pielietot kvantu datorus, ir saistīta ar mākslīgo intelektu. Kvantu skaitļošanu var pieliet visur, kur nepieciešama plānošana, piemēram, saplānot labākos piegādes maršrutus transporta uzņēmumiem. Parastie datori galvenokārt izveido kaut kādu plānu, bet tas var nebūt vislabākais iespējamais. Ir cerība, ka kvantu datori ar savu jaudu spēs visās minētajās jomās pārspēt parastos datorus.

Sacensībā par kvantu datoru tehnoloģiju izstrādāšanu ir iesaistījušās visas lielvalstis. Vai Latvijas zinātnieki arī ņem dalību šajā sacensībā un kādas ir viņu izredzes?

Latvijas zinātnieki specializējas jautājumā, ko varēs izdarīt ar kvantu datoru un kā tiks būvēta programmatūra. Katram datoram ir divas puses – aparatūra jeb dzelži un programmatūra – skaitļošanas algoritmi un programmas. Ja runājam par aparatūru, jāatzīst, ka tas vilciens Latvijai ir aizgājis. Citās valstīs pie dzelžu izstrādes darbojas zinātnieku grupas, kurās strādā 50–100 pētnieki un kuru gada budžets ir mērāms vairākos miljonos. Skaidrs, ka šobrīd Latvijā šādu grupu izveidot nevar. Tāpat ir skaidrs, ka diezin vai Eiropa varēs sacensties ar ASV vai Ķīnu. Ir sajūta, ka visā Eiropā ir tikai kādas pāris zinātnieku grupas, kas kvantu datoru būvēšanā spēj konkurēt ar ASV un Ķīnu. Tas, kas atliek Latvijas zinātniekiem, ir programmatūras izstrāde, šajā jomā esam starp pasaules līderiem. To varam darīt, iesaistot 10–15 cilvēkus. Otra iespēja ir atrast kādu nišu, kurā varam specializētā jomā piedalīties kvantu datora būvēšanā.

Visa intervija lasāma 12. oktobra laikrakstā Dienas Bizness. Pērc un lasi laikraksta Dienas Bizness šīs dienas numuru elektroniski!

Komentāri

Reklāma