Η κβαντική πληροφορική πλησιάζει πιο κοντά στην πραγματικότητα μετά από άλλη μια σημαντική ανακάλυψη της Google
Η Google παρουσίασε μια πειραματική μηχανή ικανή για εργασίες που ένας παραδοσιακός υπερυπολογιστής δεν θα μπορούσε να κατακτήσει σε 10 septillion χρόνια. (Χρόνος που είναι παλαιότερος από το σύμπαν).
Το 2019, μια ομάδα ερευνητών της Google δήλωσε ότι κατασκεύασε μια μηχανή ικανή να εκτελεί εργασίες που δεν ήταν δυνατές με τους παραδοσιακούς υπερυπολογιστές. Περιέγραψαν αυτή τη μηχανή, που ονομάζεται κβαντικός υπολογιστής, ως σημείο καμπής στην εξέλιξη της τεχνολογίας της πληροφορίας.
Ορισμένοι επιστήμονες αμφισβήτησαν τον ισχυρισμό. Στα χρόνια που ακολούθησαν, καθώς οι παραδοσιακοί υπερυπολογιστές γίνονταν όλο και πιο ισχυροί, έφταναν τα επιτεύγματα του κβαντικού υπολογιστή της Google.
Τη Δευτέρα, η Google παρουσίασε έναν νέο κβαντικό υπολογιστή που μπορεί να τερματίσει αυτή την κόντρα με τις παραδοσιακές μηχανές και που δείχνει ένα μέλλον στο οποίο οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε εξελίξεις σε τομείς όπως η ανακάλυψη φαρμάκων και η τεχνητή νοημοσύνη.
Η Google δήλωσε ότι ο κβαντικός υπολογιστής της, ο οποίος βασίζεται σε ένα τσιπ υπολογιστή που ονομάζεται Willow, χρειάστηκε λιγότερο από πέντε λεπτά για να εκτελέσει έναν μαθηματικό υπολογισμό που ένας από τους ισχυρότερους υπερυπολογιστές στον κόσμο δεν θα μπορούσε να ολοκληρώσει σε 10 σεπτεκατομμύρια χρόνια, χρονικό διάστημα που υπερβαίνει την ηλικία του γνωστού σύμπαντος.
Η κβαντική πληροφορική – το αποτέλεσμα δεκαετιών έρευνας σε ένα είδος φυσικής που ονομάζεται κβαντομηχανική – είναι ακόμη μια πειραματική τεχνολογία. Όμως το επίτευγμα της Google δείχνει ότι οι επιστήμονες βελτιώνουν σταθερά τις τεχνικές που θα μπορούσαν να επιτρέψουν στους κβαντικούς υπολογιστές να ανταποκριθούν στις τεράστιες προσδοκίες που περιβάλλουν αυτή τη μεγάλη ιδέα εδώ και δεκαετίες.
“Όταν ο κβαντικός υπολογισμός οραματίστηκε αρχικά, πολλοί άνθρωποι -συμπεριλαμβανομένων πολλών ηγετών στον τομέα- πίστευαν ότι δεν θα ήταν ποτέ πρακτικό πράγμα”, δήλωσε ο Mikhail Lukin, καθηγητής φυσικής στο Χάρβαρντ και συνιδρυτής της νεοφυούς εταιρείας κβαντικού υπολογισμού QuEra. “Αυτό που συνέβη τον τελευταίο χρόνο δείχνει ότι δεν είναι πλέον επιστημονική φαντασία”.
Πολλοί άλλοι τεχνολογικοί κολοσσοί, όπως η Microsoft, η Intel και η IBM, κατασκευάζουν παρόμοια τεχνολογία, καθώς οι Ηνωμένες Πολιτείες παλεύουν με την Κίνα για την πρωτοκαθεδρία σε αυτόν τον ολοένα και πιο σημαντικό τομέα. Καθώς οι Ηνωμένες Πολιτείες προωθούνται, κυρίως μέσω εταιρικών κολοσσών και νεοσύστατων εταιρειών, η κινεζική κυβέρνηση δήλωσε ότι διοχετεύει περισσότερα από 15,2 δισεκατομμύρια δολάρια στην κβαντική έρευνα.
Ο μαθηματικός υπολογισμός που εκτέλεσε το μηχάνημα της Google ήταν μια δοκιμή που σχεδιάστηκε αποκλειστικά για να μετρήσει την πρόοδο της κβαντικής πληροφορικής – όχι μια εργασία που θα μπορούσε να είναι χρήσιμη σε άλλους τομείς, όπως η ιατρική. Αν και οι ερευνητές πιστεύουν ότι οι κβαντικοί υπολογιστές θα κάνουν μια μέρα τις σημερινές κλασικές μηχανές να φαίνονται αρχαϊκές, η τεχνολογία κάνει ακόμη πάρα πολλά λάθη για να είναι πραγματικά χρήσιμη.
Ο κβαντικός υπολογιστής της Google χρησιμοποιεί επίσης μια μορφή διόρθωσης σφαλμάτων – έναν τρόπο μείωσης των λαθών – που θα μπορούσε να επιτρέψει σε αυτό το είδος μηχανής να αξιοποιήσει τις δυνατότητές του. Σε μια ερευνητική εργασία που δημοσιεύθηκε τη Δευτέρα στο επιστημονικό περιοδικό Nature, η Google δήλωσε ότι η μηχανή της ξεπέρασε το “κατώφλι διόρθωσης λαθών”, ένα ορόσημο για το οποίο οι επιστήμονες εργάζονται εδώ και δεκαετίες.
Αυτό σημαίνει ότι οι κβαντικοί υπολογιστές βρίσκονται σε μια πορεία προς μια στιγμή, ακόμη πολύ μακριά στο μέλλον, κατά την οποία θα μπορούν να ξεπεράσουν τα λάθη τους και να εκτελέσουν υπολογισμούς που θα μπορούσαν να επιταχύνουν την πρόοδο της ανακάλυψης φαρμάκων. Θα μπορούσαν επίσης να σπάσουν την κρυπτογράφηση που προστατεύει υπολογιστές ζωτικής σημασίας για την εθνική ασφάλεια.
“Αυτό που πραγματικά θέλουμε να κάνουν αυτές οι μηχανές είναι να εκτελούν εφαρμογές που πραγματικά ενδιαφέρουν τους ανθρώπους”, δήλωσε ο John Preskill, θεωρητικός φυσικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας που ειδικεύεται στους κβαντικούς υπολογιστές. “Αν και μπορεί να απέχει ακόμη δεκαετίες, τελικά θα δούμε τον αντίκτυπο των κβαντικών υπολογιστών στην καθημερινή μας ζωή”.
Ένας παραδοσιακός υπολογιστής, όπως ένας φορητός υπολογιστής ή ένα smartphone, αποθηκεύει αριθμούς σε τσιπ πυριτίου και χειρίζεται αυτούς τους αριθμούς, προσθέτοντάς τους, πολλαπλασιάζοντάς τους κ.ο.κ. Εκτελεί αυτούς τους υπολογισμούς επεξεργαζόμενος “bits” πληροφοριών. Κάθε bit περιέχει είτε ένα 1 είτε ένα 0.
Αλλά ένας κβαντικός υπολογιστής αψηφά την κοινή λογική. Βασίζεται στους εκπληκτικούς τρόπους με τους οποίους ορισμένα αντικείμενα συμπεριφέρονται σε υποατομικό επίπεδο ή όταν εκτίθενται σε ακραίο ψύχος, όπως το εξωτικό μέταλλο που η Google ψύχει σε σχεδόν 460 βαθμούς κάτω από το μηδέν μέσα στον κβαντικό υπολογιστή της.
Τα κβαντικά bits, ή “qubits”, συμπεριφέρονται πολύ διαφορετικά από τα κανονικά bits. Ένα ενιαίο αντικείμενο μπορεί να συμπεριφέρεται σαν δύο ξεχωριστά αντικείμενα ταυτόχρονα, όταν είναι είτε εξαιρετικά μικρό είτε εξαιρετικά κρύο. Αξιοποιώντας αυτή τη συμπεριφορά, οι επιστήμονες μπορούν να κατασκευάσουν ένα qubit που κρατά έναν συνδυασμό 1 και 0. Αυτό σημαίνει ότι δύο qubits μπορούν να κρατήσουν τέσσερις τιμές ταυτόχρονα. Και καθώς ο αριθμός των qubits αυξάνεται, ένας κβαντικός υπολογιστής γίνεται εκθετικά πιο ισχυρός.
Οι επιστήμονες πρότειναν για πρώτη φορά αυτό το είδος μηχανής τη δεκαετία του 1980. Αλλά τα qubits είναι εύθραυστα, πράγμα που σημαίνει ότι η σύνδεση ακόμη και μερικών από αυτά απαιτεί χρόνια εργασίας.
Εργαστήρια σε ακαδημαϊκό, βιομηχανικό και κυβερνητικό επίπεδο έχουν χρησιμοποιήσει μια μεγάλη ποικιλία τεχνικών για την κατασκευή αυτών των μηχανών, συμπεριλαμβανομένων συστημάτων που βασίζονται σε σωματίδια φωτός ή μικροσκοπικά φορτισμένα σωματίδια παγιδευμένα σε ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Όπως η IBM και η Intel, η Google κατασκευάζει “υπεραγώγιμα qubits”, όπου ορισμένα μέταλλα ψύχονται σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες.
Με τον τελευταίο υπεραγώγιμο υπολογιστή της, η Google διεκδίκησε την “κβαντική υπεροχή”, δηλαδή κατασκεύασε ένα μηχάνημα ικανό για εργασίες που υπερβαίνουν αυτό που μπορεί να κάνει οποιοσδήποτε παραδοσιακός υπολογιστής. Αλλά αυτές οι εργασίες είναι εσωτεριστικές. Περιλαμβάνουν τη δημιουργία τυχαίων αριθμών που δεν μπορούν απαραίτητα να εφαρμοστούν σε πρακτικές εφαρμογές, όπως η ανακάλυψη φαρμάκων.
Η Google και οι ανταγωνιστές της εξακολουθούν να εργάζονται προς αυτό που οι επιστήμονες αποκαλούν “κβαντικό πλεονέκτημα”, όταν ένας κβαντικός υπολογιστής μπορεί να επιταχύνει την πρόοδο άλλων τομέων όπως η χημεία και η τεχνητή νοημοσύνη ή να εκτελέσει εργασίες που οι επιχειρήσεις ή οι καταναλωτές βρίσκουν χρήσιμες. Το πρόβλημα είναι ότι οι κβαντικοί υπολογιστές εξακολουθούν να κάνουν πάρα πολλά λάθη.
Όμως οι επιστήμονες έχουν περάσει σχεδόν τρεις δεκαετίες αναπτύσσοντας τεχνικές – οι οποίες είναι από μόνες τους εντυπωσιακές – για να παρακάμψουν αυτό το πρόβλημα. Τώρα, η Google έδειξε ότι καθώς αυξάνει τον αριθμό των qubits, μπορεί να μειώσει εκθετικά τον αριθμό των σφαλμάτων μέσω πολύπλοκων αναλύσεων.
Οι ειδικοί πιστεύουν ότι είναι μόνο θέμα χρόνου να φτάσει ένας κβαντικός υπολογιστής στις τεράστιες δυνατότητές του.
“Οι άνθρωποι δεν αμφιβάλλουν πλέον ότι θα γίνει”, δήλωσε ο δρ Λούκιν. “Το ερώτημα τώρα είναι: Πότε;”
