– Ieva, sveika atvykusi į „Radikalų smalsumą“! Pradėkime nuo pirmojo klausimo – kaip ir kodėl pasirinkai kvantines technologijas? Juk tai atrodo „kietas riešutėlis“ moksle.
– Kaip tik tuo metu studijavau Edinburge ir jau pradėjome apie tą visą kvantinę mechaniką kažką suprasti. Tada žiniose perskaičiau apie kvantinius kompiuterius, kvantinę informatiką. Tuo metu domėjausi ir informatika, ir fizika. Tai buvo tarsi sprogimas galvoje – kaip čia keista, kaip norisi suprasti tai. Tada pradėjau rašyti pažįstamiems, ieškoti informacijos internete, domėjausi, kaip ten viskas veikia ir kad norėčiau prie viso to prisidėti. Taip po truputį ir pradėjau darbuotis toje sferoje.
– Kokius tyrimus atlieki ir ką labiausiai tyrinėji?
– Čia yra sudėtinga. Šiuo metu mano doktorantūra yra susijusi su gryna fizika. Tuo pačiu mėginu padėti eksperimentalistams geriau ir greičiau paruošti įvairiausių dalelių kvantines būsenas. Tai gana abstraktus dalykas, bet susijęs ir su kvantiniais kompiuteriais, ir su gryna fizika.
– Kvantinis, kvantinis, kvantinis. Dažnai šį terminą naudoja ir pseudomokslininkai. Pavyzdžiui, koks nors „kvantinis gydymas“, kuris mokslininkams nieko nereiškia. Ar įmanoma paaiškinti paprastai, ką reiškia žodis „kvantinis“? Kokia šio termino reikšmė?
– Patį terminą paaiškinti iš tikro nėra lengva. Bet jei jau taip labai paprastai, tai yra sistemos, pavyzdžiui, dalelės arba pora dalelių ar kažkokia medžiaga, kurios valdomos kvantiniu dėsniu, t. y. matematinės lygtys ir kiti dėsniai. Dažniausiai tai yra kvantinė superpozicija, kvantinis susiejimas ir kt. Čia panašiai, lyg klaustų – kas yra skystis ir kas yra dujos. Tam yra panašus pavyzdys – kas yra klasikinė sistema, ir kas yra kvantinė sistema. (…)
– Na, o tada kuo skiriasi kvantinis kompiuteris nuo paprasto kompiuterio?
– Esmė yra ta, kad tie patys kvantiniai dėsniai labai kitaip veikia informaciją. Pati kvantinė sistema savyje laiko žymiai daugiau informacijos negu klasikinė sistema. Nesigilinant į matematiką, tai yra taip, kaip veikia mūsų pasaulis. Kaip ir Richardas Feynmanas (kvantinės fizikos teoretikas – red. past.) prieš kažkiek laiko yra sakęs, kad galime išnaudoti tą informacijos tūrį kvantinėje sistemoje tam, kad būtų galima atlikti skaičiavimus greičiau, efektyviau ir geriau.
– Gal gali kokią analogiją paaiškinti, kai veikia klasikinis ir kvantinis kompiuteriai. Tarkime, paėmus kokią užduotį ar skaičiavimą. Ar įmanoma taip yra palyginti?
Aš manau, kad palyginti, ar rasti paprastą kažkokią užduotį, sudėtinga. Galima nebent pasakyti, kad klasikiniame kompiuteryje yra bitai (0 arba 1), kurie užkoduoja informaciją. Su kvantiniais kompiuteriais yra sudėtingiau, pavyzdžiui, kvantinio kompiuterio informacinis vienetas yra kubitas. Jo būsena yra tiesiog sudėtingesnė, t. y. ne 0 ar 1, o tam tikras 0 ir 1 mišinys, reikalingi tam tikri matavimai ir panašiai. Tad palyginti juos yra beveik neįmanoma. (…)
– Anksčiau minėjai tokius terminus, kaip kvantinė būsena, superpozicija. Kas tai?
– Kvantinė būsena – tai yra dalelės būsena, ką mes galime pamatuoti, kaip ji atrodo, kur ji yra ir pan. Superpozicija tai terminas, skirtas paaiškinti, kai ta dalelė gali būti ir 0, ir 1, kaip ir klasikiniame kompiuteryje, tai kubitas gali būti ir 0, ir 1 vienu metu. Ir turi tam tikrą tikimybę tam tikru metu būti 20 proc. – 0, o 80 proc. – 1. Čia taip supaprastinus, nes viskas yra sudėtingiau.
– Kur kvantiniai kompiuteriai bus panaudoti? Kam idealiausiu atveju jis bus skirtas?
– Na, pavyzdžiui, jie labiausiai tiktų optimizavimo problemoms, atrasti greičiausią kelią tarp miestų. Taip pat medžiagų simuliavimui, kvantinės fizikos simuliavimui ar gaminant įvairius vaistus.
Taip pat yra ir garsusis Shor'o kodas, arba RSA – kodas, skirtas kibernetinei apsaugai, saugiam informacijos siuntimui internetu. T.y. naudojami tam tikra matematika, kodai kurie užšifruoja informaciją. Teoriškai, klasikiniai kompiuteriai jų negali nulaužti arba tai yra labai sunku. Tuo tarpu kvantiniam kompiuteriui jau egzistuoja toks algoritmas, kuris tą kodą nulaužtų greitai. Tačiau kvantiniai kompiuteriai būtų panaudojami saugesnių, patikimesnių, kvantinių kodų kūrimui.
– O kokius vaistus gaminant tai pasitarnautų?
– Tam reikalinga tam, kad suprastume, kaip vaistas veikia kūne, reikia suprasti, iš ko tas vaistas pagamintas, iš ko sudarytos molekulės, kaip jos kūne reaguoja į kitas molekules ir atomus. Mes turime būdus, kaip tai daryti klasikiniu būdu, bet tie būdai ne visada yra efektyvūs ir jie yra apytiksliai. Tad tas kvantinis kompiuteris tai galėtų padaryti geriau, greičiau, tiksliau ir efektyviau.
– Ar dabartiniai mūsų klasikiniai kompiuteriai yra pasiekę savo galimybių ribą, kurios jau nebeįmanoma peržengti?
– Kiekvieną užduotį bandant spręsti kompiuteriu yra tam tikri žingsniai, kuriuos reikia atlikti. Tarkime, sudėti du skaičius arba juos padauginti ir t.t. Ir yra tam tikri limitai, pavyzdžiui, šviesos greičio limitas. Ir žinome, kad tam tikroms užduotims reikia tam tikro skaičiaus žingsnių, tarkime, 20 arba kokiam algoritmui reikia 100 žingsnių. Ir jei žinome, kad vienas žingsnis užtrunka vieną sekundę, tai yra aišku, kad užduočiai išspręsti reikės 100 sekundžių. Tad limitai egzistuoja ir mes juos jau beveik pasiekėme.
Tai reiškia, kad mažesnių tranzistorių pastatyti nebegalime, didesnių kompiuterių pastatyti negalime, daugiau informacijos tūrio juose sunku jau gauti. Taipogi yra ir tas greitis. Tačiau įmanoma kitaip užkoduoti informaciją, parašyti kitokį algoritmą, kuris išsprendžia tą pačią užduotį greičiau. Bet tokių algoritmų jau beveik niekas nebeatranda ir jau niekam daugelio užduočių sprendimo limitus.
– Ar galėtų kvantiniai kompiuteriai būti panaudoti žmogaus smegenų simuliacijai? Ar kvantiniam kompiuteriui tai būtų sudėtinga?
– Atvirai kalbant, nelabai kas dar supranta kaip tos smegenys veikia. Ir tam, kad jas simuliuotum, visų pirma reikia suprasti, kaip jos veikia. Kadangi smegenys yra labai sudėtingas daiktas, tai tam, kad jas galėtum simuliuoti, reikėtų labai daug energijos ir informacijos tūrio.
– Tavo minėtas fizikas Richardas Feynmanas yra sakęs, kad gamta veikia pagal kvantinės mechanikos dėsnius. Tai reiškia, kad jai simuliuoti reikės kvantinio kompiuterio. Ir tai buvo pasakyta dar 1981-aisiais. Tačiau kvantinio kompiuterio iki šio dar nėra. Kodėl?
– Kvantiniai kompiuteriai yra, tačiau jie nėra labai galingi. Tiesą pasakius, nėra labai naudingo kvantinio kompiuterio. Dabartiniai kvantiniai kompiuteriai yra tarsi klasikiniai, kurie prieš 70 metų, buvo kambario dydžio ir nelabai ką sugebėdavo padaryti, palyginus su tuo, ką dabar gali padaryti mūsų mobilusis telefonas. Tačiau mes turime mažus kvantinius kompiuterius, turinčius šiek tiek kubitų.
Bet jie yra nenaudingi ne dėl to, kad jie neveikia, o dėl to, kad tai, ką jie sugeba padaryti, galima atlikti ir su klasikiniais kompiuteriais. Tai reiškia, kad visą kvantinę fiziką simuliuojame su klasikiniu kompiuteriu ir gauname tą patį atsakymą, todėl niekam neapsimoka jų naudoti.
– Kaip turėtų atrodyti kvantinis kompiuteris, kad jis jau padarytų daugiau, nei klasikinis kompiuteris?
– Nežinau, nei kokio dydžio jis turėtų būti, nei kaip jis turėtų veikti. Be to, kvantiniai kompiuteriai turi daug problemų su informacijos praradimu. Jie yra labai jautrūs, todėl būtina juos gerai izoliuoti. Tad vien tai, kad pastatai kvantinį kompiuterį, dar nereiškia, kad jis gerai veiks.
Tačiau kalbant paprastai, jei yra uždavinys, kurio klasikiniu būdu nesugebame įveikti, tačiau jį įveikia kvantinis kompiuteris, – viskas, mes pasiekėme tą lygį. Ir tokių uždavinių yra labai daug, tiesiog trūksta kvantinio kompiuterio.
– Kaip manai, apie kokį laiko tarpą kalbame iki kada atsiras tikras kvantinis kompiuteris?
– Na, kiekvienas bando spėti, bet atspėti neįmanoma. Visa tai priklauso nuo inžinerijos, nuo to, kaip mes sugebėsime izoliuoti tas sistemas, o tų sistemų yra daug ir visi bando visais būdais pagaminti tuos kvantinius kompiuterius. R. Feynmanas apie kvantinę mechaniką pasisakė prieš 40 metų.
Tačiau tada neegzistavo nei tokio galingumo lazeriai, nei tokio tikslumo kompiuteriai, kurie leistų kontroliuoti, manipuliuoti tas kvantines sistemas, leidžiančias pastatyti kvantinį kompiuterį. Ir dabar įvyko tas technologinis sprogimas, kai su tais mažais kvantiniais kompiuteriais padaro tai, ko nebūtų padarę prieš penketą metų. Net įsivaizduoti nebūtų galėję. Tad procesas yra greitas ir manau, kad mūsų gyvenime tai nutiks.
– Didžiosios technologijų bendrovės, tokios kaip „IBM“ ar „Google“ teigia sukūrusios kvantinius kompiuterius ir net siūlo verslams įvairias kvantinių technologijų paslaugas. Kiek tame yra tiesos ir kiek yra rinkodaros?
– Daugiausia tai rinkodara. Tie kompiuteriai daro tai, ką ir žada gamintojas. Bet reikia atminti, kad tai, ką daro dabartiniai kvantiniai kompiuteriai, gali padaryti ir klasikiniai superkompiuteriai. Žinoma, su tais kvantiniais žaisliukais įdomu pažaisti, tik reikia išmokti jais naudotis.
Tai yra ir privalumas, nes tie gamintojai turi išmokyti vartotojus naudotis, kurie supras, kaip taiveikia ir ateityje tai bus galima panaudoti. Galbūt kvantinis kompiuteris ir gali kažkiek greičiau atlikti tas pačias užduotis, tačiau klasikinis kompiuteris kol kas yra pigesnis ir paprastesnis.
– Jei po poros metų atsirastų pilnai veikiantis naudingas kvantinis kompiuteris, kokią paslaptį norėtum įminti?
– Kadangi mes, fizikai, niekaip negalim suvokti, kaip veikia mūsų pasaulis – yra Einšteino gravitacinės teorijos, yra kvantinė mechanika ir kurios galbūt niekaip nesusisieja kartu. Kvantiniai kompiuteriai yra vienas iš būdų, kaip mes galime simuliuoti tam tikrus procesus kosmose ir labiau suprasti mūsų pasaulį.
Klasikiniai kompiuteriai to nesugeba daryti, bet su kvantiniais kompiuteriais galbūt kaip nors pavyks suprasti, kaip ta gravitacija įsipaišo į tą kvantinę mechaniką. Tokia yra ta didelė, pagrindinė svajonė.