Kvantna mehanika ne zna izračunati vlastitu kavu

Dvadeset i pet godina nakon što je prvi kvantni algoritam obećao da će riješiti probleme koje klasična računala ne mogu ni formulirati, hibridni kvantni sustavi napokon su spremni uhvatiti se u koštac s pitanjem koje muči fizičare od Schrödingera: kako točno čestice materije plešu s česticama svjetlosti. Vijest je to koja zvuči kao da je netko u marketinškom odjelu nekog instituta za kvantnu optiku otkrio da se riječ "hibrid" dobro prodaje uz riječ "kvantni", pa su ih spojili u naslov koji obećava revoluciju, a dostavlja grant.

Jer, priznajmo, hibridno kvantno računalo je najbolji primjer tehnologije koja postoji zato što nitko nije htio priznati da čisti kvantni pristup ne radi. Kao da ste kupili Porschea, shvatili da ne pali zimi, pa mu ugradili motor od Golfa i nazvali to "hibridnim sportskim vozilom". Tehnički istina. Praktično — sranje u tri sloja.

Suština problema je sljedeća: priroda funkcionira tako da čestice materije komuniciraju sa svjetlom i s nositeljima sila na način koji klasično računalo može simulirati otprilike kao što može simulirati ljudski mozak — približno, sporo, i s pogreškama koje nitko ne želi spomenuti u sažetku projekta. Kvantno računalo bi to trebalo raditi prirodno, jer je i samo kvantno. Ali kvantna računala imaju jednu neugodnu osobinu: raspadaju se. Koherencija traje mikrosekunde, greške se gomilaju, a broj qubita potrebnih za bilo što korisno raste eksponencijalno s brojem qubita koje stvarno možete kontrolirati. To je kao da gradite avion od materijala koji se topi na sobnoj temperaturi. Možete ga napraviti. Ne možete ga letjeti.

I zato hibrid. Kombinirajte kvantni procesor za ono što kvantno stvarno radi dobro — simulaciju kvantnih sustava — s klasičnim procesorom za sve ostalo: kontrolu, ispravljanje grešaka, optimizaciju, i onaj dio gdje se donose odluke. Zvuči pametno. I jest pametno. Ali pametno i korisno su dva različita pojma, kao što su i "plan" i "rezultat" dva različita pojma kad ih razdvaja deset godina i tri izgubljena granta.

Ono što ova vijest zapravo govori, ako je čitate bez marketinškog sloja, je da su fizičari napokon priznali da ne mogu simulirati ni vlastite eksperimente bez pomoći stroja koji su izmislili da bi simulirao vlastite eksperimente. To je krug koji bi trebao biti smiješan, ali nije, jer je istinit. Kvantna mehanika je teorija koja predviđa sve i objašnjava ništa, a njezini proračuni su toliko kompleksni da ih ni kvantna računala — koja bi trebala biti rođena za taj posao — ne mogu izvesti bez klasične pomoći. To je kao da ste zaposlili genijalca koji zna odgovor na svako pitanje, ali mu treba prevoditelj da bi razumio pitanje.

Ako je kvantno računalo toliko moćno, zašto mu treba klasično računalo da bi izračunalo ono za što je napravljeno?

Odgovor je, naravno, u tome što je kvantno računalo specijalizirani alat. Ono je poput mikroskopa koji vidi atome, ali ne može vidjeti stol. Klasično računalo je poput oka koje vidi stol, ali ne može vidjeti atome. Hibridni pristup je poput čovjeka koji drži mikroskop i gleda u njega. I to je napredak. Malen, ali stvaran.

Problem s ovakvim vijestima nije u tome što su lažne. Problem je u tome što su istinite na način koji nitko ne želi priznati. Hibridno kvantno računalo koje može simulirati interakciju svjetlosti i materije je znanstveni uspjeh. Ali to nije proizvod. To nije usluga. To nije ništa što će ikad doći u vaš laptop, vaš telefon, ili vašu banku. To je alat za pedeset ljudi u svijetu koji razumiju što znači "kvantna koherencija u sustavu s više od dvadeset qubita" i koji će ga koristiti da napišu pedeset radova koje će citirati drugih pedeset ljudi.

A mediji će to prenijeti kao "korak prema kvantnom računalu koje će promijeniti svijet", jer "korak prema" je fraza koja prodaje novine, a "pedeset radova za pedeset ljudi" ne prodaje ništa.

Kvantna industrija je, u ovom trenutku, industrija obećanja. Ne zato što su znanstvenici prevaranti, nego zato što je jaz između laboratorija i tržišta toliko velik da ga nitko ne može premostiti bez da laže o vremenskom okviru. Kad netko kaže "za pet do deset godina", to znači "za dvadeset do trideset, ako sve bude savršeno, a neće biti". Kad netko kaže "hibridni pristup rješava problem", to znači "hibridni pristup odgađa problem do trenutka kad ćemo morati priznati da problem nije riješen".

I to je u redu. Znanost tako funkcionira. Napreduje kroz niz malih laži koje se na kraju ispostave kao istine, ili kao greške, ili kao grantovi. Ali industrija ne funkcionira tako. Industrija funkcionira tako da obećava rezultat, a zatim traži način da ga dostavi. A kad ga ne dostavi, traži novi grant. I tako u krug, dok netko ne shvati da je krug prestao biti produktivan i postao samo krug.

Hibridna kvantna simulacija interakcije svjetlosti i materije je, dakle, korak. Korak u pravom smjeru. Ali korak na putu koji je toliko dug da će većina ljudi koji ga danas čitaju umrijeti prije nego što stigne do odredišta. To nije pesimizam. To je aritmetika. Kvantna računala napreduju brzinom koja je impresivna u laboratorijskim uvjetima, a razočaravajuća u svim ostalim. Broj qubita raste. Broj korisnih qubita raste mnogo sporije. Broj korisnih qubita koji rade dovoljno dugo da izračunaju nešto što klasično računalo ne može izračunati brže — raste još sporije.

Ako je to tako, zašto uopće pišemo o tome? Zato što je to zanimljivo. Zato što je to važno. Zato što je to jedan od rijetkih projekata koji je istovremeno znanstveno ambiciozan, financijski neisplativ, i intelektualno pošten. I zato što je bolje pisati o ljudima koji pokušavaju nešto teško nego o ljudima koji prodaju nešto lako.

Kvantna mehanika ne zna izračunati vlastitu kavu. Ali zna izračunati zašto kava postoji. I to je, na nekoj razini, dovoljno.

Izvor: phys.org