Για πρώτη φορά κβαντικός υπολογιστής ξεπέρασε τους υπερυπολογιστές, ανακοίνωσε η Google

Η Google ισχυρίστηκε ότι πέτυχε μια σημαντική πρόοδο στην κβαντική πληροφορική, αφού ανέπτυξε έναν αλγόριθμο που εκτέλεσε μια εργασία πέρα από τις δυνατότητες των συμβατικών υπολογιστών.

Ο αλγόριθμος, ένα σύνολο οδηγιών που καθοδηγούν τη λειτουργία ενός κβαντικού υπολογιστή, κατάφερε να υπολογίσει τη δομή ενός μορίου – κάτι που ανοίγει τον δρόμο για σημαντικές ανακαλύψεις σε τομείς όπως η ιατρική και η επιστήμη των υλικών.

Η Google αναγνώρισε, ωστόσο, ότι η πραγματική αξιοποίηση των κβαντικών υπολογιστών απέχει ακόμη χρόνια, όπως μεταδίδει ο Guardian.

«Αυτή είναι η πρώτη φορά στην ιστορία που οποιοσδήποτε κβαντικός υπολογιστής έχει εκτελέσει με επιτυχία έναν επαληθεύσιμο αλγόριθμο που υπερβαίνει τις δυνατότητες των υπερυπολογιστών», ανέφερε η Google σε ανάρτηση στο ιστολόγιό της. «Αυτός ο επαναλήψιμος, πέραν-του-κλασικού υπολογισμός αποτελεί τη βάση για επεκτάσιμη επαλήθευση, φέρνοντας τους κβαντικούς υπολογιστές πιο κοντά στο να γίνουν εργαλεία για πρακτικές εφαρμογές.»

Ο Michel Devoret, επικεφαλής επιστήμονας της μονάδας κβαντικής τεχνητής νοημοσύνης της Google, ο οποίος κέρδισε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής αυτόν τον μήνα, δήλωσε ότι η ανακοίνωση αποτελεί ακόμη ένα ορόσημο στον τομέα του. «Αυτό σηματοδοτεί ένα νέο βήμα προς την πλήρους κλίμακας κβαντική πληροφορική», είπε.

Η ανακάλυψη σχετικά με τον αλγόριθμο, που επέτρεψε σε έναν κβαντικό υπολογιστή να λειτουργεί 13.000 φορές ταχύτερα από έναν κλασικό υπολογιστή, παρουσιάστηκε αναλυτικά σε μια επιστημονική εργασία με αξιολόγηση από ομότιμους, η οποία δημοσιεύτηκε στο Nature την Τετάρτη (22/10).

Ένας ειδικός προειδοποίησε ότι, παρόλο που το επίτευγμα της Google είναι εντυπωσιακό, επικεντρώνεται σε ένα στενό επιστημονικό πρόβλημα χωρίς σημαντική πρακτική επίδραση. Τα αποτελέσματα για δύο μόρια διασταυρώθηκαν με τη μέθοδο του πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR) – την ίδια τεχνολογία που χρησιμοποιείται στις μαγνητικές τομογραφίες (MRI) – και αποκάλυψαν πληροφορίες που συνήθως δεν αποκαλύπτονται μέσω του NMR.

Ο Winfried Hensinger, καθηγητής κβαντικών τεχνολογιών στο Πανεπιστήμιο του Sussex, δήλωσε ότι η Google απέδειξε την ύπαρξη «κβαντικού πλεονεκτήματος» – δηλαδή ότι οι ερευνητές της εκτέλεσαν μια εργασία χρησιμοποιώντας έναν κβαντικό υπολογιστή, η οποία δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί με έναν κλασικό υπολογιστή.

Ωστόσο, οι πλήρως ανεκτικοί σε σφάλματα κβαντικοί υπολογιστές, οι οποίοι είναι σε θέση να εκτελούν ορισμένες από τις εργασίες που ενθουσιάζουν περισσότερο την επιστημονική κοινότητα, απέχουν ακόμη αρκετά, καθώς θα απαιτούσαν μηχανές ικανές να φιλοξενήσουν εκατοντάδες χιλιάδες κβαντικά bits – ο όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει μια μονάδα πληροφορίας σε έναν κβαντικό υπολογιστή.

«Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε ότι η εργασία που πέτυχε η Google δεν είναι τόσο επαναστατική όσο μερικές από τις εφαρμογές που αναμένονται να αλλάξουν τον κόσμο μέσω των κβαντικών υπολογιστών», δήλωσε ο Hensinger. «Ωστόσο, αποτελεί ακόμη μία πειστική απόδειξη ότι οι κβαντικοί υπολογιστές γίνονται σταδιακά όλο και πιο ισχυροί.»

Οι πραγματικά ισχυροί κβαντικοί υπολογιστές που θα μπορούν να αντιμετωπίσουν ένα ευρύ φάσμα προκλήσεων απαιτούν εκατομμύρια qubits – κάτι που το σημερινό κβαντικό υλικό δεν μπορεί να επιτύχει, καθώς τα qubits είναι εξαιρετικά ασταθή.

«Μερικοί από τους πιο ενδιαφέροντες κβαντικούς υπολογιστές που συζητούνται θα χρειάζονται εκατομμύρια ή ακόμη και δισεκατομμύρια qubits», είπε ο Hensinger. «Αυτό είναι πιο δύσκολο να επιτευχθεί με τον τύπο υλικού που χρησιμοποίησαν οι συγγραφείς της εργασίας της Google, καθώς το υλικό τους απαιτεί ψύξη σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες.»

Οι «κβαντικοί απόηχοι» και οι προκλήσεις της νέας εποχής

Ο Hartmut Neven, αντιπρόεδρος μηχανικής στη Google, δήλωσε ότι η πρακτική χρήση των κβαντικών υπολογιστών μπορεί να απέχει ακόμη πέντε χρόνια, παρά το επίτευγμα με τον αλγόριθμο, τον οποίο η αμερικανική εταιρεία τεχνολογίας αποκαλεί quantum echoes («κβαντικοί απόηχοι»). «Με τους κβαντικούς απόηχους συνεχίζουμε να είμαστε αισιόδοξοι ότι μέσα στα επόμενα πέντε χρόνια θα δούμε πραγματικές εφαρμογές που θα είναι δυνατές μόνο σε κβαντικούς υπολογιστές», είπε.

Η Google, κορυφαίος παίκτης στον τομέα της τεχνητής νοημοσύνης, υποστηρίζει επίσης ότι οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούν να δημιουργούν μοναδικά δεδομένα, τα οποία θα μπορούν να τροφοδοτούνται σε μοντέλα τεχνητής νοημοσύνης, καθιστώντας τα πιο ισχυρά ως αποτέλεσμα.

Οι κλασικοί υπολογιστές κωδικοποιούν τις πληροφορίες τους σε bits – τα οποία αντιπροσωπεύονται ως 0 ή 1 – και μεταδίδονται ως ηλεκτρικοί παλμοί. Ένα γραπτό μήνυμα, ένα email ή ακόμη και μια ταινία στο Netflix που μεταδίδεται σε ένα smartphone είναι μια ακολουθία από αυτά τα bits.

Στους κβαντικούς υπολογιστές, ωστόσο, η πληροφορία περιέχεται σε qubits. Αυτά τα qubits, που βρίσκονται μέσα σε ένα μικρό τσιπ, είναι σωματίδια όπως ηλεκτρόνια ή φωτόνια τα οποία μπορούν να βρίσκονται σε πολλές καταστάσεις ταυτόχρονα – μια ιδιότητα της κβαντικής φυσικής γνωστή ως υπέρθεση (superposition).

Αυτό σημαίνει ότι τα qubits μπορούν να κωδικοποιούν διάφορους συνδυασμούς από 1 και 0 ταυτόχρονα και να υπολογίζουν τεράστιο αριθμό διαφορετικών αποτελεσμάτων, κάτι που δεν είναι εφικτό με τους κλασικούς υπολογιστές. Ωστόσο, πρέπει να διατηρούνται σε ένα εξαιρετικά ελεγχόμενο περιβάλλον, όπως ένα περιβάλλον απαλλαγμένο από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, καθώς μπορούν εύκολα να αποδιοργανωθούν.

Η πρόοδος που σημειώνουν εταιρείες όπως η Google έχει οδηγήσει σε προειδοποιήσεις από ειδικούς στην κυβερνοασφάλεια, οι οποίοι τονίζουν ότι η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε να «σπάσει» κρυπτογραφήσεις υψηλού επιπέδου, γεγονός που έχει προκαλέσει εκκλήσεις προς κυβερνήσεις και εταιρείες να υιοθετήσουν κβαντικά ανθεκτική κρυπτογραφία (quantum-proof cryptography).