Yaponiya Qabaqcıl Elm və Texnologiya İnstitutu tərəfindən

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Kredit: Unsplash/CC0 İctimai Sahə

Kvant kompüterləri ənənəvi klassik kompüterlərin həlli praktik olaraq çox vaxt aparacaq müəyyən problemləri həll edə bilər. Yaponiya Qabaqcıl Elm və Texnologiya İnstitutunda (JAIST) tədqiqatçılar hazırda bu sistemləri etibarlı və etibarlı etmək üçün çalışırlar.

Məlumatı ikili rəqəmlərdə (bitlərdə) 0 və ya 1 kimi emal edən klassik kompüterlərdən fərqli olaraq, kvant kompüterləri həm 0, həm də 1-i eyni vaxtda təmsil edə bilən kvant bitlərindən və ya “kubitlərdən” istifadə edir ki, bu da müəyyən problemlər üçün hesablamalarda kəskin sürətlənməyə imkan verir.

Kvant hesablamasının potensial tətbiqləri genişdir. Bunlara bugünkü şifrələməni poza biləcək böyük rəqəmlərin faktorlaşdırılması, mürəkkəb sənaye proseslərinin optimallaşdırılması, dərmanların kəşfinin sürətləndirilməsi və süni intellektdə (Sİ) irəliləyişlərin dəstəklənməsi daxildir.

Kompüter Elmləri Tədqiqat Qrupu

JAIST-də Kvant Hesablamaları üçün Formal Metodlar Laboratoriyasında professor Kazuhiro Oqata və baş müəllim Can Min Do kvant sistemlərini etibarlı etmək üzərində işləyirlər.

Laboratoriyaya rəhbərlik edən professor Oqata karyerasına kompüter elmləri sahəsində təcrübə ilə başlayıb. Tələbə ikən sistem proqramlaşdırmasına keçməzdən əvvəl süni intellekt və qeyri-səlis məntiqi araşdırıb, o cümlədən əməliyyat sistemləri və proqramlaşdırma dili prosessorları üzərində işləyib. Nəticədə o, JAIST-də keçmiş professor Kokiçi Futatsuqinin komandasına qoşulub və daha sonra formal metodlar tədqiqatları ilə məşğul olub.

Baş müəllim Do təxminən yeddi-səkkiz il əvvəl JAIST-də aspirantura təhsili almaq üçün Yaponiyaya gəlmiş və orada həm magistr, həm də doktorluq dərəcələrini İnformasiya Elmləri üzrə almışdır. Onun ilkin tədqiqatları paralel və paylanmış sistemlərin sınaqdan keçirilməsinə yönəlmişdi.

Zamanla onun işi genişmiqyaslı sistemlər üçün model yoxlaması və teorem sübutu kimi doğrulama üsullarına genişləndi. Bu gün onun tədqiqatları xüsusi olaraq kvant hesablamaları üçün hazırlanmış formal metodlara yönəlib.

Professor Oqata kvant kompüterlərinin potensial üstünlüyünü sadə bir müqayisə ilə izah edir: “Əgər bir problemin ölçüsü 2 ⁶⁴ ehtimalla müqayisə edilə biləndirsə, klassik bir kompüterin onu idarə etmək üçün çox sayda bitə ehtiyacı olacaq. Bunun əksinə olaraq, kvant kompüteri bu cür mürəkkəbliyi cəmi 64 kubitlə təmsil edə bilər ki, bu da hesablama miqyasının nə qədər kəskin şəkildə dəyişə biləcəyini göstərir.”

Onların laboratoriyası birlikdə kvant hesablamaları üçün formal metodlara diqqət yetirir. Onlar kvant dövrələrini, proqramlarını və protokollarını real sistemlərdə tətbiq etməzdən əvvəl formal olaraq müəyyənləşdirmək və yoxlamaq üçün yollar hazırlayırlar.

Kvant sistemlərinin etibarlı olmasını təmin etmək

Komandanın işi kvant sistemlərinin nəzərdə tutulduğu kimi davranmasını təmin etmək üçün formal metodlardan istifadəyə yönəlib. “Kvant ölçməsinin qeyri-determinizmi və ehtimal xarakteri səbəbindən ənənəvi test üsulları kvant proqram təminatı üçün xeyli az təsirlidir. Məsələn, hər dəfə kvant vəziyyətini ölçdüyünüzdə, o, çökür və fərqli nəticə əldə edə bilərsiniz. Bu, testi etibarsız edir, buna görə də formal metodlar vacib hala gəlir”, – deyə Dr. Do bildirir.

Professor Oqata izah edir ki, “Formal metodlar iki hissədən ibarətdir: formal spesifikasiya və formal yoxlama. Biri sistemin necə davrandığını və istənilən xüsusiyyətləri necə təyin etdiyini təsvir edir, digəri isə sistemin istənilən xüsusiyyətləri təmin edib-etmədiyini yoxlayır”.

Tədqiqatçılar əvvəlcə sistemin davranışını və gözlənilən tələbləri modelləşdirir, sonra isə model yoxlaması və teorem sübutu kimi üsullardan istifadə edərək onları yoxlayırlar. Professor Oqata bu prosesi sikkələrin daxil edilməsi və ya içkinin seçilməsi sistemin vəziyyətini dəyişdirdiyi avtomatın təhlili ilə müqayisə edir. Bu keçidləri modelləşdirməklə tədqiqatçılar ümumi pul məbləğinin qorunması kimi müəyyən qaydaların həmişə qüvvədə olub-olmadığını yoxlaya bilərlər.

Lakin bu ideyaları kvant hesablamalarına tətbiq etmək xeyli mürəkkəbdir. Bunun səbəbi, klassik bitlərdən fərqli olaraq, kubitlərin “kvant superpozisiyasında” mövcud ola bilməsi və “dolaşıq” vəziyyətə düşə bilməsi, burada çoxlu kubitlərin kvant vəziyyətlərinin fiziki ayrılmalarından asılı olmayaraq korrelyasiyada qalmasıdır.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Kvant sisteminin ölçülməsi onun vəziyyətini dəyişdirdiyindən, ənənəvi proqram təminatı sınaq metodları çox vaxt çatışmır. Nəticədə, riyazi əsaslı yoxlama üsulları etibarlı kvant texnologiyalarının qurulması üçün getdikcə daha vacib hala gəlir.

Laboratoriyanın son nailiyyətlərindən biri, iştirakçılar arasında paralellik və ünsiyyətin mövcudluğunda kvant protokollarının yoxlanılmasıdır.

“Kvant protokollarında birdən çox iştirakçı eyni anda məlumat mübadiləsi apararkən fəaliyyət göstərir. Əvvəlki yanaşmalar, məsələn, vahid çevrilmələr və kvant ölçmələri kvant davranışını təsvir edə bilsə də, onlar iştirakçılar arasında paralelliyi və ünsiyyəti əks etdirmirdi”, – deyə Dr. Do izah edir.

Bu boşluğu aradan qaldırmaq üçün komanda, kvant teleportasiyası kimi kvant protokollarını rəsmi olaraq təsvir edə bilən və sistemin düzgün işlədiyini avtomatik olaraq yoxlaya bilən Konkurrent Dinamik Kvant Məntiqi (CDQL) adlı bir çərçivə hazırladı.

Qrup, eyni zamanda , paralellik və ünsiyyətdən irəli gələn çox sayda qarşılıqlı əlaqəni idarə etmək və bununla da CDQL modellərinin avtomatik və effektiv yoxlanılmasını təmin etmək üçün tənbəl yenidən yazma strategiyası adlanan optimallaşdırma texnikasını özündə birləşdirən bir dəstək aləti hazırladı.

Professor Oqata deyir ki, “Məqsədimiz tədqiqatçılara kvant proqramlarını və protokollarını tətbiq etməzdən əvvəl onları ciddi şəkildə yoxlamağa imkan verən metodlar və alətlər yaratmaqdır”.

Beynəlxalq tədqiqat əlaqələri

Tədqiqat qrupu, Valensiya Texniki Universiteti və Madrid Komplutense Universitetinin tədqiqatçıları da daxil olmaqla, etibarlı və təhlükəsiz hesablama sahəsində çalışan beynəlxalq alimlərlə əməkdaşlıq edir. Komandanın işi dünya üzrə tədqiqatçıların diqqətini cəlb edib və bəziləri potensial əməkdaşlıqları araşdırmaq üçün JAIST kampusunu ziyarət ediblər.

Növbəti nəsil tədqiqatçıların hazırlanması

Professor Oqata gələcək tələbələr üçün təsəlliverici bir mesajı var: bu sahədə işə başlamaq üçün kvant fiziki olmaq lazım deyil.

Professor Oqata deyir ki, “Tələbələrin hər şeyi öyrənməsinə ehtiyac yoxdur. Əgər onlar proqramlaşdırmada yaxşıdırlarsa, bu, başlamaq üçün kifayətdir. Mən tələbə olanda kvant mexanikasını götürmüşdüm və onu tam başa düşmürdüm”. Yeganə vacib şərt, elm və mühəndislik tələbələrinin əksəriyyətinin tanış olduğu xətti cəbrdir.

Oradan tələbələr davam edən tədqiqat layihələrinə töhfə verərkən tədricən kvant hesablamasının riyazi və nəzəri əsaslarını öyrənə bilərlər.

JAIST-də tədqiqatın daha geniş təsiri: Gələcək üçün “Sen Tan” vizyonu

Kvant hesablamaları kibertəhlükəsizlik, optimallaşdırma, süni intellekt və genişmiqyaslı simulyasiyaları yenidən formalaşdırmaq potensialına malikdir. Məsələn, Şorun alqoritmi kimi kvant alqoritmləri bir gün geniş istifadə olunan şifrələmə sistemlərini sıradan çıxara bilər.

Bu ehtimal artıq kvantdan sonrakı kriptoqrafiyanın inkişafına təkan vermişdir və Milli Standartlar və Texnologiya İnstitutu (NIST) kimi təşkilatlar kvanta davamlı təhlükəsizlik metodlarına keçidi təşviq etmişdir.

Professor Oqata deyir ki, “Biz mümkün qədər tez kvant sonrası nəqliyyat təbəqəsi təhlükəsizliyindən (TLS) istifadə etməyə başlamalıyıq . Bugünkü şifrələnmiş məlumatlar indi saxlanıla və kvant kompüterləri mövcud olduqda daha sonra deşifrə edilə bilər”.

Rəsmi yoxlama, gələcək kvant sistemlərinin təhlükəsizliyinin, mühafizəsinin və etibarlılığının təmin edilməsində çox güman ki, mühüm rol oynayacaq. Kriptoqrafiyadan başqa, kvant hesablamaları da süni intellektdə dəyişiklik yarada bilər.

” Kvant süni intellekt kvant hesablamasından istifadə etməklə müəyyən maşın öyrənmə tapşırıqlarını sürətləndirməyi hədəfləyir. Kvant sistemləri superpozisiyada mövcud ola bildiyindən, onlar mürəkkəb məlumatları yüksək ölçülü fəzalarda təmsil edə bilərlər. Prinsipcə, bu, tədqiqatçılara məlumatları kvant vəziyyətlərinə kodlaşdırmağa, süni intellekt modellərini kvant dövrələrinə daxil etməyə və potensial olaraq onları daha səmərəli şəkildə öyrətməyə imkan verə bilər. Bununla belə, səmərəli məlumatların kodlaşdırılması və mövcud kvant aparatlarının məhdudiyyətləri də daxil olmaqla bir sıra çətinliklər qalmaqdadır”, – deyə Dr. Do izah edir.

JAIST-dəki işlərinin bu “Sen Tan” (qabaqcıl) aspektləri vasitəsilə professor Oqata, baş müəllim Do və tələbələri növbəti nəsil hesablama üçün nəzəri və praktik təməllərin qoyulmasına kömək edirlər. Kvant sistemlərinin ciddi şəkildə dizayn edilməsini və yoxlanılmasını təmin etməklə, laboratoriya qarşıdakı onillikləri müəyyən edə biləcək texnologiyalar üçün yol açır.