Kvantna barijera je upravo probijena i niko ne priča o tome

Dva kvadriliona. Toliko je istovremenih kalkulacija bilo potrebno za ono što se nedavno dogodilo u Nemačkoj. Ovaj događaj predstavlja najveću revoluciju u računarstvu od nastanka interneta, a dogodio se toliko tiho da je većina ljudi propustila vest. Svedoci smo proboja koji je upravo probio fiziku kakvu poznajemo.

1. Šta se tačno dogodilo: preskakanje nemogućeg

JUPITER, prvi evropski eksaskalarni superkompjuter smešten u Istraživačkom centru Jülich u Nemačkoj, postigao je prvu svetsku potpunu simulaciju kvantnog sistema od 50 kubita. Da bismo razumeli veličinu ovog poduhvata, stavimo ga u kontekst:

• Moderni laptop može da simulira oko 30 kubita.
• Svaki dodatni kubit eksponencijalno (udvostručuje) povećava računarsku moć, čineći problem neodoljivo složenim.
• Prethodni svetski rekord bio je 48 kubita, što je već guralo klasično računarstvo do krajnjih granica fizike.
• Simulacija 50 kubita smatrala se nemogućom još nekoliko godina.

Da biste vizuelizovali razmere, zamislite da pokušavate da dirigujete orkestrom gde je svaki muzičar kompleksan broj — preko dva kvadriliona njih — i svi moraju da sviraju u savršenoj sinhronizaciji. Jedna pogrešna nota, jedno kašnjenje od milisekunde, i ceo nastup se raspada. Upravo to je Jupiter uspeo da izvede, a za to mu je bilo potrebno dva petabajta memorije — ekvivalent 400.000 HD filmova vrednih podataka.

Kako je to rekla profesorka Crystal Mckielson: "Only the world's largest supercomputers currently offer that much... this illustrates how closely progress in high performance computing and quantum research are intertwined today."

2. Zašto simulirati ono što još ne možemo da izgradimo?

Fundamentalni problem sa stvarnim kvantnim kompjuterima je njihova nestabilnost. Oni su izuzetno osetljivi, skloni greškama i funkcionišu na temperaturama blizu apsolutne nule. U takvim uslovima, razvoj kvantnih algoritama je praktično nemoguć.

Zbog toga je simulacija na klasičnim superkompjuterima trenutno jedini način da napredujemo. Ona nam omogućava da testiramo i usavršavamo kvantni softver pre nego što hardver postane pouzdan. Važno je naglasiti da skok sa 48 na 50 kubita nije samo dodavanje dva kubita; to predstavlja četiri puta veću računarsku moć, četiri puta veću kompleksnost i četiri puta veći potencijal.

3. Tajna iza proboja: inovacija, ne samo snaga

Ovaj uspeh nije postignut samo sirovom snagom, već pre svega inovacijom. Tim u centru Jülich razvio je simulator JUQCS50 (Jülich Universal Quantum Computer Simulator), koji se oslanja na tri ključne tehnologije:

1. Hibridna memorijska arhitektura: Sistem koji neprimetno prebacuje podatke između GPU (grafičkih procesora) i CPU (centralnih procesora), poput majstorskog žonglera koji nikada ne ispušta lopticu.
2. Kompresija "Bite encoding": Tehnika koja smanjuje zahteve za memorijom za faktor osam, omogućavajući da se četiri puta veća snaga smesti u isti prostor.
3. Dinamički optimizacioni algoritmi: Algoritmi koji u realnom vremenu kontinualno fino podešavaju prenos podataka preko više od 16.000 Nvidia superčipova.

Profesor Hans Durant je izjavio: "With JUQCS50 we can emulate universal quantum computers with high fidelity and tackle questions that no existing quantum processor can yet solve."

Ovaj proboj nije bio slučajan. Kako je objasnio dr Andreas Hurten: "Through early collaboration hardware and software could be co-designed during Jupiter's construction phase." Ovo je bio rezultat namernog, strateškog ko-dizajna — stručnjaci iz centra Jülich i NVIDIA inženjeri su zajedno gradili hardver i softver, pomerajući granice onoga što bi svako od njih mogao postići samostalno.

4. Most ka kvantnoj budućnosti

JUQCS50 nije samo rekord; to je alat. On predstavlja "most" koji povezuje sadašnjost klasičnog računarstva sa budućnošću kvantnog računarstva. Uskoro će biti integrisan u JUniq (Jülich Unified Infrastructure for Quantum Computing), čime će postati dostupan istraživačima, naučnicima i kompanijama širom sveta.

Oni će moći da testiraju algoritme za primene koje su trenutno nerešive, kao što su:

• Otkrivanje novih lekova
• Revolucionarni napredak u nauci o materijalima
• Razvoj kvantno-otporne kriptografije
• Rešavanje kompleksnih optimizacionih problema

Konkretno, to znači testiranje metoda za molekularno modelovanje kao što je varijacioni kvantni rešavač (VQS), istraživanje optimizacionih algoritama poput QAOA (Quantum Approximate Optimization Algorithm), i ključan rad na razvoju kvantne korekcije grešaka pre nego što hardver kome je ona potrebna uopšte postane stabilan. Ovo je kao da je NASA gradila simulatore letenja decenijama pre nego što je mogla da izgradi stvarne svemirske letelice. Kada hardver konačno bude spreman, mi ćemo već tačno znati kako da ga koristimo.

5. Tiha trka u naoružanju i dvostruka upotreba tehnologije

Ovaj događaj se odvija u kontekstu globalne "kvantne trke u naoružanju" između Kine, Sjedinjenih Država i Evrope. Zemlja koja prva ostvari kvantnu nadmoć imaće nezamislivu prednost. Međutim, ova tehnologija je, kao i mnoge druge, dvostruke upotrebe.

Posebno zabrinjava pretnja razbijanja RSA enkripcije, sigurnosnog protokola koji štiti skoro sve — od naših bankovnih računa do poverljivih državnih komunikacija. Trka za razvoj kvantno-otporne kriptografije je u toku, ali sat otkucava brže nego što mnogi shvataju.

Zaključak: Pucanj za početak trke je odjeknuo

Jupiterova simulacija nije cilj; to je pucanj za početak trke. Svedoci smo konvergencije dva tehnološka cunamija: klasično superračunarstvo dostiže svoje fizičke granice, dok kvantno računarstvo ubrzano napreduje ka praktičnoj primeni.

Vremenski okviri se ubrzavaju brže nego što je iko predvideo; proboji za koje se smatralo da će trajati deceniju sada se dešavaju za 18 meseci.

Kvantno doba nije daleka budućnost iz naučne fantastike; ono se događa sada. Kompanije, države i pojedinci koji ostanu informisani i prilagode se, napredovaće u svetu koji pokreće kvantna tehnologija. Oni koji to ne učine, probudiće se jednog dana u svetu koji se promenio prebrzo da bi ga razumeli.

Izvor: Youtube