Googleova "kvantna nadmoć" još uvijek je samo teorija

U principu, industrijska kvantna računala mogla bi od ovog sigurnosnog sustava napraviti smijuriju – no to je još uvijek samo u teoriji. U praksi je kvantna nadmoć još uvijek jako daleko.

AUTOR: John Naughton/The Guardian
OBJAVLJENO: 30.09.19 u 12:52
OSVJEŽENO: 30.09.19 u 12:52
http://bit.ly/2mTe0kP
Prošli tjedan dogodilo se nešto zanimljivo. Rad jednog Googleovog znanstvenika o kvantnom računarstvu, koji je iznio potresnu hipotezu, pojavio se na NASA-inoj web stranici i ubrzo nestao. Teoretičari zavjere odmah su posumnjali da je u pitanju neki zloslutni rad povezan s Agencijom za nacionalnu sigurnost. Spiritualisti su pomislili da je to bila potvrda njihovih sumnji u kvantne pojave (kako oni vole reći, u pitanju je bio jasan slučaj "Schrödingerove knjige"). Pristalice teorije o lošoj povijesti (uključujući i ovog kolumnista) zaključili su da je netko prijevremeno pritisnuo "objavi", što se kasnije i potvrdilo, kada je stigla vijest o tome da je rad prvo trebao biti objavljen u velikom znanstvenom časopisu prije objavljivanja na internetu.

Zašto je hipoteza nestalog rada bila uznemirujuća? Riječ je o tomu da je rad – kako piše Financial Times - tvrdio da bi Googleovo kvantno računalo računalnu radnju, za koju bi današnjem najnaprednijem klasičnom računalu trebalo otprilike 10.000 godine, moglo izvršiti za 3 minute i 20 sekundi. Kako je netko nekoć rekao o knjizi Postanka, to bi bilo "jako važno ako je istinito". Još zanimljivija misao je bila: kako bi znanstvenici provjerili je li izračun kvantnog računala točan?

Kvantno računalo je ono koje koristi pojave iz kvantne fizike, polja koje proučava ponašanja subatomskih čestica, što je jedan od najnepoznatijih specijalizacija poznatih čovječanstvu. Mi svi živimo – i intuitivno razumijemo – svijet kojim upravlja Newtonova fizika – koja objašnjava ponašanja opipljivih stvari. No, Newtonovi zakoni nisu primjenjivi na subatomske čestice; kvantna teorija se razvila kako bi objasnila što se događa u tom čudnom prostoru. Lijep pojam za ono što se događa u subatomskom prostoru je "kontra-intuitivnost". Manje lijep pojam je "čudno". U određenim situacijama kvantna teorija kaže da je ponašanje jedne subatomske čestice povezano s ponašanjem druge, čak i ako se druga nalazi na suprotnoj strani galaksije. To je poznato kao "zbrka". Drugi princip je da čestica istovremeno može biti u dva različita stanja – kao u slučaju Schrödingerove imaginarne mačke koja je istovremeno i živa i mrtva. U kvantnom žargonu to je poznato kao "superpozicija".

Superpozicija je suština kvantnog računarstva. Obična računala rade s bitovima koja mogu biti ili upaljena ili ugašena, u binarnom sustavu, kodirana kao nule i jedinice. No, kvantna računala rade s kvantnim bitovima (qubits), koji mogu imati vrijednost nule, jedinice ili oboje! Tako dva qubita mogu istovremeno predstavljati četiri stanja – 00, 01, 10, 11 – što očigledno pokazuje da 100 qubita može predstavljati 1,3 bilijardu bilijardi stanja. To znači da bi kvantno računalo bilo mnogo brže i učinkovitije u nekim računalnim radnjama od klasičnog računala, koje mora raditi s bitovima u binarnom sustavu – a to objašnjava zašto Googleovo misteriozno računalo može predstavljati radni model "kvantne nadmoći" u praksi, piše John Naughton za The Guardian.

To bi moglo biti vrlo važno [i problematično], zato što sigurnost našeg mrežnog svijeta ovisi o public-key kriptografiji – šifriranju koje štiti komunikaciju, bankovne račune i druge osjetljive podatke. Srž ovog pristupa je činjenica da faktoriranje velikih brojeva traje jako dugo. Primjerice, 2016. godine nekoliko stotina računala trebalo je raditi dvije godine da bi dešifriralo poruku šifriranu ključem dugačkim 768 bita. Isti postupak za materijal šifriran 1024-bitnim ključem trajao bi 1000 puta duže, a dekodiranje bilo čega šifriranog s trenutno najvišim standardnim 4096.bitnim ključem vjerojatno bi uzelo duže vremena od onog koje ćemo provesti na ovom planetu. Dakle, naša sigurnost ovisi o brzini računala.

U principu, industrijska kvantna računala mogla bi od ovog sigurnosnog sustava napraviti smijuriju – no to je još uvijek samo u teoriji. U praksi je kvantna nadmoć još uvijek jako daleko, kao što ističe Scott Aaronson, vodeći akademik u ovom polju. Aaronson tvrdi da postoje dvije velike prepreke. Prva je da bi kvantnom stroju sposobnom za rješavanje trenutnih metoda enkripcije bilo potrebno nekoliko tisuća logičkih qubita: "To bi se, pomoću poznatih metoda ispravljanja pogrešaka, lako moglo prevesti u milijune fizičkih qubita, vjerojatno kvalitetnijih od svih koji postoje danas. Mislim da nitko nije ni blizu toga, i nemamo pojma koliko će vremena trebati da dođemo do toga".

Druga prepreka je to da bi kvantna računala mogla probiti neke kodove, ali ne sve moguće kodove. Najranjiviji kodovi bili bi oni koje trenutno koristimo za osiguranje mrežnih transakcija i zaštitu podataka. No private-key šifriranje bi vjerojatno ostalo sigurno. Pored toga, znanstvenici rade na novim vrstama public-key šifriranja koje nitko – čak ni u načelu – ne zna probiti ni nakon dva desetljeća pokušavanja.

Kada se rad Googleovog znanstvenika ponovno pojavi, bit će zanimljiv iz raznih razloga. No, kao predznak kripto-apokalipse vjerojatno će biti razočarenje. U najboljem slučaju, može se raditi o dokazu koncepta; u najgorem slučaju bit će "kanarinac u kripto-rudniku".


Prevela: Ružica Ereš