Бид өдөр бүр компьютер хэрэглэдэг. Гар утас, таблет, зөөврийн компьютер гээд л — эдгээр бүх төхөөрөмж дотроо “тархи” буюу процессортой. Харин процессор гэдэг нь маш олон, нано хэмжээтэй транзистор гэдэг зүйлсээс бүрддэг. Нэг транзистор “Бит (Bit)” нь 0 эсвэл 1 гэсэн ганцхан мэдээллийг хадгалж чаддаг. Хэрэв гүйдэл нэвтэрвэл “1”, нэвтрэхгүй бол “0” гэж ойлгогдоно. Эдгээр олон транзистор нийлээд бидний тоглодог тоглоом, үздэг бичлэг, бичдэг текст бүгдийг боловсруулдаг.
Гэхдээ зарим асуудал маш хүнд — процессоруудын хувьд хэт их ажил болдог. Жишээ нь, сүлжээ (граф) гэж зүйл байдаг. Энэ нь олон цэгүүд шугамаар холбогддог зураглал юм. Цэг нэмэгдэх бүрд холбох шугамын тоо улам ихэсдэг. Жишээлбэл, 10 цэг холбох гэж байвал 45 шугам хэрэгтэй болдог! Хэрвээ тэр сүлжээ нь олон нийтийн сүлжээ шиг сая сая хэрэглэгчтэй байвал… процессор маань “ядарч унаж” ч магадгүй!
Бидний мэдэх CPU гэдэг хавтан дотор байрлаж ажилладаг транзисторуудын хэмжээ багасах тусам нэгж талбайд байрлах транзисторуудын тоо нэмэгдэж компьютер маань илүү хурдан хүчтэй болно. Тэгвэл бид транзисторыг улам жижгэрүүлж чадах уу? Харамсалтай нь, квантын нөлөө гэж нэг зүйл байдаг. Хэт жижиг болбол транзисторууд сонин, ойлгомжгүй үйлдэл хийж эхэлдэг. Ингээд уламжлалт компьютер асуудлыг шийдэж чадахаа болино.
Эндээс л квант тооцоолол гарч ирдэг! Квант компьютер нь бит биш, харин кубит (qubit) гэж мэдээлэл хадгалах нэгж ашигладаг. Кубит гэдэг нь тусгай бөөм (эсвэл молекул) бөгөөд “0” ч байж чадна, “1” ч байж чадна — бүр хоёул хоёулын нь хольц ч байж чаддаг! Ийм онцгой чанарын ачаар квант компьютер маш хурдан бөгөөд асар их мэдээлэл боловсруулах чадвартай болдог.
Жишээ нь, жирийн компьютер 4 мэдээлэл хадгалахын тулд 4 бит хэрэгтэй болдог. Харин квант компьютер 2-хон кубит ашиглаад ижил хэмжээг хадгалж чадна!
Квант компьютер гэж юу вэ?
Квант компьютер бол квант физик ба тооцоолол хоёрын нэгдлээс үүссэн Квант компьютер гэж юу вэ, яагаад чухал вэ?
Квант компьютер гэж чухам юу болох, яагаад чухал болохыг ойлгохын тулд түүний ирээдүйд үзүүлэх нөлөөг харах хэрэгтэй.
Квант компьютер нь ирээдүйд маш олон салбарыг өөрчлөх чадалтай. Жишээ нь:
- Нууцлал хамгаалалт (криптограф) – Өнөө үед хэрэглэдэг нууцлалын аргуудыг квант компьютер амархан тайлж чадна.
- Эмийн нээлт – Квант компьютер нь молекулуудыг маш нарийн тооцоолж, шинэ эм бүтээхэд тусална.
- Материал судлал – Шинэ, хүчтэй материал бүтээхэд хэрэгтэй нарийн бүтэц, шинж чанаруудыг загварчилна.
- Нийлүүлэлтийн сүлжээ ба санхүү – Бараа тээвэрлэлт, хөрөнгө оруулалтын хамгийн сайн хувилбарыг олж чадна.
Эдгээр асуудлуудыг уламжлалт компьютер шийдэж чаддаггүй, эсвэл маш их хугацаа шаарддаг. Харин квант компьютер эдгээрийг илүү хурдан, илүү ухаалаг шийдвэрлэх боломжтой юм.шинжлэх ухааны салбар юм. Энэ нь квант физикийн зарчмуудыг ашиглан мэдээллийг боловсруулдаг онцгой процессортой байдаг. Уламжлалт компьютеруудын хувьд мэдээллийн хамгийн жижиг нэгж нь бит буюу зөвхөн “0” эсвэл “1” байж чаддаг. Харин квант компьютер нь кубит гэдэг тусгай нэгж ашигладаг бөгөөд кубит нь нэгэн зэрэг олон төлөвт байх боломжтой. Үүнийг давхцал (superposition) гэж нэрлэдэг.
Квант физик гэдэг нь байгаль дэлхий хамгийн жижиг хэмжээндээ — жишээ нь электрон, фотон зэрэг бөөмүүд хэрхэн ажилладгийг тайлбарладаг физикийн онол юм. Энэ нь бидний өдөр тутмын амьдралд байдаггүй маш сонин ойлголтуудыг оруулж ирдэг. Үүнд:
- Давхцал (superposition) – нэгэн зэрэг олон төлөвт орших,
- Үелзэл (interference) – төлөвүүд хоорондоо нөлөөлөх,
- Холбогдол (entanglement) – хоёр бөөм хол зайд байсан ч нэг нь нөгөөдөө шууд нөлөөлж чаддаг шинж чанар орно.
Эдгээр гайхалтай үзэгдлүүд квант компьютерыг маш хүчирхэг болгож, уламжлалт компьютерт хэзээ ч хийгдэж чадахгүй зүйлсийг шийдвэрлэх боломжийг олгодог юм.
Квант компьютер яагаад чухал вэ?
Квант компьютер гэж чухам юу болох, яагаад чухал болохыг ойлгохын тулд түүний ирээдүйд үзүүлэх нөлөөг харах хэрэгтэй.
Квант компьютер нь ирээдүйд маш олон салбарыг өөрчлөх чадалтай. Жишээ нь:
- Нууцлал хамгаалалт (криптограф) – Өнөө үед хэрэглэдэг нууцлалын аргуудыг квант компьютер амархан тайлж чадна.
- Эмийн нээлт – Квант компьютер нь молекулуудыг маш нарийн тооцоолж, шинэ эм бүтээхэд тусална.
- Материал судлал – Шинэ, хүчтэй материал бүтээхэд хэрэгтэй нарийн бүтэц, шинж чанаруудыг загварчилна.
- Нийлүүлэлтийн сүлжээ ба санхүү – Бараа тээвэрлэлт, хөрөнгө оруулалтын хамгийн сайн хувилбарыг олж чадна.
Эдгээр асуудлуудыг уламжлалт компьютер шийдэж чаддаггүй, эсвэл маш их хугацаа шаарддаг. Харин квант компьютер эдгээрийг илүү хурдан, илүү ухаалаг шийдвэрлэх боломжтой юм.
Квант компьютерын жишээнүүд
Квант компьютерыг илүү сайн ойлгохын тулд хэд хэдэн жишээ авч үзье.
1. Шорын алгоритм (Shor’s Algorithm)
Энэ нь том тоонуудыг маш хурдан хуваах чадвартай алдартай алгоритм юм. Уламжлалт компьютер энэ ажлыг маш удаан хугацаанд хийдэг. Харин квант компьютер энэ ажлыг хэдхэн минут эсвэл секунд дотор хийж чадна.
Том тоо гэдэг нь жишээлбэл 300 оронтой тоо байж болно — ийм тоонуудыг хоёр “үржигдэгч” тоонд хуваах нь маш хэцүү.
Жишээ нь:
123456789012345678901234567890123457… = ? × ?
Хоёр ямар тоог үржүүлж байж энэ их урт тоо гарсныг олох хэрэгтэй болдог. Энэ бол “том тоог хуваах” гэж нэрлэдэг зүйл юм.
RSA нууцлалын арга нь яг энэ хэцүү ажлыг хүмүүс хийж чадахгүй, компьютер удаан хийдэг гэдэгт тулгуурласан байдаг. Харин квант компьютер үүнийг маш хурдан хийж чаддаг тул, энэ нь нууцлалын системд аюул болж мэднэ.
Яагаад энэ нь чухал вэ?
Учир нь банк, WhatsApp, Instagram, Facebook зэрэг байгууллагуудын нууцлал хамгаалалт нь том тоог хуваахад хэцүү гэсэн санаанд тулгуурладаг. Хэрэв квант компьютер хүчтэй байвал, эдгээр системүүдийг амархан нэвтэлж болно. Тиймээс энэ технологи аюулгүй байдлыг дахин шинээр авч үзэхэд хүргэж мэднэ.
2. Гроверын алгоритм (Grover’s Algorithm)
Энэ алгоритм нь өгөгдлийн баазаас хайлт хийхийг илүү хурдан болгодог. Жишээлбэл, уламжлалт компьютер 1 сая мэдээллээс нэгийг олохын тулд 1 сая оролдлого шаарддаг бол, квант компьютер ойролцоогоор 1000 оролдлого л хийхэд хангалттай.
Ямар байгууллагууд хэрэглэх вэ? Энэ нь даатгалын компаниуд, банкнууд, эсвэл засгийн газар зэрэг том өгөгдлийн сантай байгууллагуудад маш их хэрэгтэй. Жишээ нь, тэд хурдан хайлт хийж, цаг хугацаа, зардлыг хэмнэх боломжтой болно.
Квант компьютер хэрхэн ажилладаг вэ? 
Кьюбит загвар
Квантын компьютерүүд квант механикийн хоёр гол зарчим болох суперпозици ба холбоог ашигладаг бөгөөд үүнийг үндсэн нэгж болох кюбитүүдээр хэрэгжүүлдэг.
Кубитийг төлөөлж, үүнийг хэрхэн ажиллуулахыг ойлгохын тулд Блох бөмбөрцөг ихэвчлэн ашиглагддаг. Энэ бөмбөрцөг нь кубитийн авч болох боломжит утгуудыг 3D хэлбэрээр дүрсэлсэн байдаг бөгөөд энэ нь зөвхөн 0 эсвэл 1-ээр хязгаарлагдахгүй. Энэ бөмбөрцгийн гадаргуу дээрх бүх цэгүүд нь 0 болон 1-ийн хоорондох боломжит төлөвүүдийг төлөөлдөг бөгөөд эдгээр нь бөмбөрцгийн туйлуудад байрладаг.
Блохийн бөмбөрцөг нь хүчтэй визуализацийн хэрэгсэл юм. Классик тооцоололд битүүд нь 0 эсвэл 1 байж болно. Харин кубитүүд нь Блохийн бөмбөрцөг дээрх цэгээр төлөөлөгдсөн төлөвт байж болох бөгөөд энэ нь 0 болон 1-ийн нарийн нийлмэл суперпозици байгааг зааж байна. Блохийн бөмбөрцгийн тэгш урсгал нь кубит нь төгс суперпозици дээр байх төлөвийг илэрхийлдэг бол туйлууд нь 0 болон 1-ийн цэвэр төлөвүүдийг илэрхийлдэг.
Квант тооцооны компьютерууд мөн квант хаалтуудыг ашигладаг, эдгээр нь классик логик хаалтуудын квант аналог юм. Эдгээр хаалтууд нь кубитүүдийг ажиллуулж, суперпозици үүсгэдэг. Эдгээр хаалтуудын дарааллыг хэрэглэснээр квант алгоритмуудыг хэрэгжүүлж болно.
Квант компьютер гэж юу вэ? (Энгийн үгээр)
Маш том тооцооллыг нэгэн зэрэг хийх чадвартай компьютерыг төсөөлөөд үз дээ. Энэ чадвар нь квант компьютерын хамгийн гол онцлог юм. Квант компьютер нь өнөөдрийн суперкомпьютерууд хэдэн сая жил шаардах хугацааг хэдхэн секундэд хийх боломжийг олгодог.
Энгийн үгээр хэлбэл, квант компьютер нь квант механикийн хачирхалтай ба хүчирхэг шинж чанаруудыг ашиглан, уламжлалт компьютерын хүрээний гадна байгаа асуудлуудыг шийдэхэд тусалдаг. Энэ нь маш хурдтай компьютерын супер хувилбар мэт бөгөөд нэг нэгээр нь биш, олон шийдлийг нэгэн зэрэг судлах чадвартай.
Нийтлэл бичсэн: Б.Сайнбаяр.
