Google ir prezentējusi savu jaunāko kvantu mikroshēmu Willow, kas iezīmē ievērojamu lēcienu kvantu skaitļošanā. Šī revolucionārā mikroshēma novērš vienu no lielākajiem šķēršļiem šajā jomā: kļūdu samazināšanu sistēmām palielinoties. Izmantojot Willow, Google apgalvo, ka ir atrisinājis 30 gadu izaicinājumu kvantu kļūdu labošanā.
Pārbaudēs Willow demonstrēja neparastas spējas. Tas pabeidza standarta aprēķinu mazāk nekā piecās minūtēs — uzdevums, kas vadošajam superdatoram aizņemtu neiedomājami 10 septiljonus gadu (10^25 gadus), kas ir daudz vairāk nekā Visuma vecums jeb 3,17 × 1017 reizes lielāks par Visuma vecumu. Saskaņā ar Google datiem, Willow sasniedz vismodernāko veiktspēju vairākos galvenajos rādītājos, nodrošinot divus galvenos pagrieziena punktus.
Google izpilddirektors Sundars Pichai arī iesaistījās sociālajos medijos, lai paziņotu par palaišanu. “Willow atrisināja standarta aprēķinu Sundar teica X.
Iepazīstinām ar Willow — mūsu jauno, mūsdienīgo kvantu skaitļošanas mikroshēmu ar izrāvienu, kas var eksponenciāli samazināt kļūdas, palielinoties apjomam, izmantojot vairāk kubitu, tādējādi risinot 30 gadu izaicinājumu šajā jomā. Etalona testos Willow atrisināja standarta aprēķinu
— Sundar Pichai (@sundarpichai) 2024. gada 9. decembris
30 gadu izaicinājuma pārvarēšana kvantu kļūdu labošanā
Kvantu kļūdu labošana jau sen ir bijusi klupšanas akmens šajā jomā. Pieaugot kvantu datoru izmēram, kļūdas parasti vairojas kubitiem raksturīgās nestabilitātes dēļ. Willow maina spēli, eksponenciāli samazinot kļūdas, palielinoties kubitu skaitam. Šis sasniegums tiek saukts par “zem sliekšņa”, kas ir kritisks etalons, kas parāda, ka kļūdu līmeni var samazināt, palielinot sistēmas mērogošanu.
Google komanda pārbaudīja Willow pakāpeniski lielākos kubitu masīvos, sākot no 3 × 3 režģa līdz 5 × 5 un pēc tam 7 × 7. Katru reizi uzlabotas kļūdu labošanas metodes kļūdu biežumu samazina uz pusi, panākot eksponenciālus uzlabojumus. Tas iezīmē vēsturisku soli uz priekšu, apstiprinot teorijas, kas ierosinātas gandrīz pirms trīs gadu desmitiem.
Papildus kļūdu labošanai Willow demonstrē reāllaika kļūdu pārvaldību supravadītājā kvantu sistēmā. Mikroshēma arī demonstrēja “ārpus līdzsvara” veiktspēju, kur kubitu masīvi pārsniedz atsevišķu fizisko kubitu kalpošanas laiku — pārliecinoši pierādījumi tam, ka kopējā sistēma kļūst uzticamāka.
Lai novērtētu Willow veiktspēju, Google izmantoja izlases ķēdes paraugu ņemšanas (RCS) etalonu, kas ir stingrs kvantu datoru novērtēšanas standarts. Šis etalons nodrošina, ka sistēma veic uzdevumus, ko nevar veikt klasiskie datori. Willow ne tikai izturēja šo pārbaudi, bet arī sniedza rezultātus, kas bija daudz ātrāk nekā jebkura klasiskā alternatīva.
Vītola kvantu mikroshēma atrisina 10 septiljonu gadu problēmu mazāk nekā 5 minūšu laikā
Konkrētāk, Vītols pabeidza aprēķinu mazāk nekā piecās minūtēs, kas tādam superdatoram kā Frontier aizņemtu neizdibināmus 10 septiljonus gadu. Tik milzīgu skaitu ir grūti kontekstualizēt — tas pārsniedz Visuma vecumu un liek domāt, ka kvantu aprēķins varētu darboties paralēlās dimensijās, saskaņojot ar multiversuma teorijām. Kādā emuāra ziņā Google teica:
“Willow sniegums šajā etalonā ir pārsteidzošs: tas veica aprēķinu mazāk nekā piecās minūtēs, kas aizņemtu vienu no mūsdienu ātrākajiem superdatoriem 1025 jeb 10 septiljoni gadu. Ja vēlaties to izrakstīt, tas ir 10 000 000 000 000 000 000 000 000 gadu. Šis prātam neaptverams skaitlis pārsniedz zināmos laika grafikus fizikā un ievērojami pārsniedz Visuma vecumu. Tas apstiprina domu, ka kvantu aprēķins notiek daudzos paralēlos visumos, saskaņā ar ideju, ka mēs dzīvojam multiversā, pareģojumu pirmo reizi izteica Deivids Deičs.
Jaunākie Willow rezultāti, kā parādīts sižetā, atspoguļo Google līdz šim labāko sniegumu, un ir sagaidāms turpmāks progress.
Lai gan Willow sasniegumi ir revolucionāri, Google šeit neapstājas. Uzņēmums atzīst, ka klasiskie datori turpinās uzlaboties, taču plaisa starp kvantu un klasiskajām sistēmām pieaug eksponenciāli. Tā kā Google paplašina savas kvantu sistēmas, Willow panākumi stiprina kvantu skaitļošanas praktisko pielietojumu, tuvinot sabiedrību tādu problēmu risināšanai, kuras klasiskās sistēmas nekad nevarētu risināt.
Tas ir vairāk nekā tehnisks triumfs — tas ir ieskats nākotnē, kurā kvantu datori var no jauna definēt to, kas ir iespējams.
Ko vītols nozīmē kriptogrāfijas un kriptovalūtas, piemēram, Bitcoin, nākotnei?
Straujie sasniegumi kvantu skaitļošanā, ko raksturo tādi sasniegumi kā Google Willow mikroshēma, ir izraisījuši diskusijas par iespējamo ietekmi uz kriptogrāfijas sistēmām, kas ir kriptovalūtu, piemēram, Bitcoin, pamatā. Lai gan kvantu datoriem ir milzīgs solījums sarežģītu problēmu risināšanā, tie rada arī teorētiskus riskus esošajiem drošības protokoliem. Šajā apakšnodaļā tiek pētīts, vai Willow un kvantu skaitļošana plašākā nozīmē rada reālus draudus Bitcoin SHA-256 algoritmam un ko tas nozīmē kriptovalūtas drošības nākotnei.
Pamatojoties uz pašreizējo izpratni un pieejamo informāciju:
- SHA-256 un kvantu skaitļošana: SHA-256, jaukšanas algoritms, ko izmanto Bitcoin, parasti tiek uzskatīts par izturīgāku pret kvantu uzbrukumiem, salīdzinot ar šifrēšanas shēmām, piemēram, RSA vai eliptiskās līknes kriptogrāfiju (ECC). Tas ir saistīts ar jaukšanas algoritmu būtību, kas ir mazāk neaizsargāti pret kvantu algoritmiem, piemēram, Šora.
- Grovera algoritms: Grovera algoritms ir galvenais kvantu drauds SHA-256. Tas teorētiski varētu samazināt laiku, kas nepieciešams, lai atrastu jaucējkoda sadursmi no 2^256 operācijām līdz aptuveni 2^128. Tomēr 2^128 operācijas joprojām ir skaitļošanas ziņā milzīgs uzdevums, padarot praktiskus kvantu uzbrukumus pret SHA-256 neiespējamus pat ar ievērojamiem kvantu skaitļošanas uzlabojumiem.
- Pašreizējās iespējas: Google Willow kvantu mikroshēma ar 100 kubitiem ir tālu no mēroga, kas nepieciešams, lai uzbruktu SHA-256. Eksperti lēš, ka kvantu datoriem, kas spēj veikt šādus uzbrukumus, būtu nepieciešami miljoniem kubitu un būtiski sasniegumi kļūdu labošanas tehnoloģijā. Pašreizējās sistēmas, tostarp Willow, nespēj veikt aprēķinus šādā mērogā.
- Kvantu pretestība: Bitcoin gūst labumu no papildu drošības slāņiem, jo tiek izmantotas vienreizējas adreses un fakts, ka SHA-256 ir jaukšanas funkcija, nevis šifrēšanas algoritms. Pat ja kvantu datori teorētiski varētu brutāli piespiest SHA-256, ierobežotais laika logs, kurā darījumu dati tiek atklāti blokķēdē, rada praktisku šķērsli šādiem uzbrukumiem.
- Nākotnes perspektīva:
Lai gan kvantu skaitļošanas tehnoloģijas, piemēram, Willow, strauji attīstās, eksperti uzskata, ka būs vajadzīgi daudzi gadi, ja ne gadu desmiti, lai kvantu datori sasniegtu nepieciešamo apjomu, lai izjauktu Bitcoin SHA-256 jaukšanas algoritmu. Tas nodrošina pietiekami daudz laika blokķēdes sistēmām, lai vajadzības gadījumā pieņemtu kvantu izturīgus protokolus.
Secinājums:
Google Willow kvantu mikroshēma nerada draudus Bitcoin SHA-256 algoritmam tā pašreizējā attīstības līmenī. Tehnoloģija, kas nepieciešama, lai apdraudētu Bitcoin kriptogrāfisko drošību, joprojām ir tālu ārpus mūsdienu kvantu iespējām. Tomēr notiekošie sasniegumi šajā jomā nozīmē, ka šis scenārijs tālā nākotnē var mainīties, kas garantētu nepārtrauktu uzraudzību un sagatavošanos.
Zemāk ir YouTube video par palaišanu.
