«Ορόσημο» για την κβαντική πληροφορική: Αλγόριθμος ξεπέρασε τις δυνατότητες των υπολογιστών
Φωτ. Αρχείου - Η πινακίδα στην είσοδο των κεντρικών της Google στο Mountain View της Καλιφόρνια.
Μια σημαντική πρόοδο στον τομέα της κβαντικής πληροφορικής ανακοίνωσε η Google, καθώς η εταιρεία ανέπτυξε έναν αλγόριθμο ικανό να εκτελέσει μια εργασία πέρα από τις δυνατότητες των συμβατικών υπολογιστών.
Ο αλγόριθμος – ένα σύνολο οδηγιών που καθορίζουν τον τρόπο λειτουργίας ενός κβαντικού υπολογιστή – κατάφερε να υπολογίσει τη δομή ενός μορίου, ανοίγοντας τον δρόμο για σημαντικές ανακαλύψεις σε τομείς όπως η ιατρική και η επιστήμη των υλικών.
Η Google, ωστόσο, αναγνωρίζει ότι η πλήρης αξιοποίηση των κβαντικών υπολογιστών απέχει ακόμη αρκετά χρόνια, σύμφωνα με δημοσίευμα του Guardian.
«Για πρώτη φορά στην ιστορία, ένας κβαντικός υπολογιστής εκτέλεσε επιτυχώς έναν επαληθεύσιμο αλγόριθμο που ξεπερνά τις δυνατότητες των υπερυπολογιστών», ανέφερε η εταιρεία σε ανάρτηση στο ιστολόγιό της. «Αυτός ο επαναλήψιμος, πέραν του κλασικού υπολογισμός αποτελεί θεμέλιο για επεκτάσιμη επαλήθευση, φέρνοντας τους κβαντικούς υπολογιστές πιο κοντά σε πρακτικές εφαρμογές.»
Ο Michel Devoret, επικεφαλής επιστήμονας της μονάδας κβαντικής τεχνητής νοημοσύνης της Google και νικητής του φετινού Νόμπελ Φυσικής, χαρακτήρισε την ανακοίνωση ως ακόμη ένα ορόσημο για τον κλάδο. «Πρόκειται για ένα νέο βήμα προς την πλήρους κλίμακας κβαντική πληροφορική», δήλωσε.
Η ανακάλυψη του αλγορίθμου – που επέτρεψε σε έναν κβαντικό υπολογιστή να λειτουργεί 13.000 φορές ταχύτερα από έναν κλασικό – παρουσιάστηκε αναλυτικά σε επιστημονική εργασία με αξιολόγηση από ομότιμους, η οποία δημοσιεύθηκε στο Nature την Τετάρτη (22/10).
Ένας ειδικός, πάντως, προειδοποίησε ότι, παρόλο που το επίτευγμα της Google είναι εντυπωσιακό, αφορά ένα στενό επιστημονικό πρόβλημα χωρίς άμεση πρακτική εφαρμογή. Τα αποτελέσματα για δύο μόρια επαληθεύθηκαν με τη μέθοδο του πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR) – την ίδια τεχνολογία που χρησιμοποιείται στις μαγνητικές τομογραφίες (MRI) – και αποκάλυψαν πληροφορίες που συνήθως δεν είναι προσβάσιμες 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 σε κβαντικό υπολογιστή η οποία δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί με έναν κλασικό.
Ωστόσο, οι πλήρως ανεκτικοί σε σφάλματα κβαντικοί υπολογιστές – ικανοί να εκτελούν τις πιο φιλόδοξες εργασίες που ενθουσιάζουν την επιστημονική κοινότητα – παραμένουν ακόμη μακριά. Θα απαιτούσαν μηχανές που να μπορούν να διαχειριστούν εκατοντάδες χιλιάδες κβαντικά bits (qubits), τη βασική μονάδα πληροφορίας ενός κβαντικού υπολογιστή.
«Πρέπει να κατανοήσουμε ότι το επίτευγμα της Google δεν είναι τόσο επαναστατικό όσο οι εφαρμογές που αναμένονται να αλλάξουν τον κόσμο μέσω της κβαντικής υπολογιστικής», πρόσθεσε ο Hensinger. «Παρόλα αυτά, αποτελεί ακόμη μία πειστική ένδειξη ότι οι κβαντικοί υπολογιστές γίνονται σταδιακά ολοένα και πιο ισχυροί.»
Οι πραγματικά ισχυροί κβαντικοί υπολογιστές, ικανοί να αντιμετωπίσουν ένα ευρύ φάσμα προκλήσεων, θα χρειάζονται εκατομμύρια qubits — κάτι που το σημερινό υλικό δεν μπορεί ακόμη να υποστηρίξει, καθώς τα qubits είναι εξαιρετικά ασταθή.
«Μερικοί από τους πιο ενδιαφέροντες κβαντικούς υπολογιστές που εξετάζονται θα χρειάζονται εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια qubits», είπε ο Hensinger. «Αυτό είναι ιδιαίτερα δύσκολο με το είδος υλικού που χρησιμοποίησε η ομάδα της Google, καθώς απαιτεί ψύξη σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες.»
«Κβαντικοί απόηχοι»
Ο Hartmut Neven, αντιπρόεδρος μηχανικής της Google, δήλωσε ότι η πρακτική αξιοποίηση των κβαντικών υπολογιστών μπορεί να απέχει ακόμη περίπου πέντε χρόνια, παρά το επίτευγμα με τον αλγόριθμο που η εταιρεία αποκαλεί quantum echoes («κβαντικοί απόηχοι»).
«Με τους κβαντικούς απόηχους, παραμένουμε αισιόδοξοι ότι μέσα στα επόμενα πέντε χρόνια θα δούμε πραγματικές εφαρμογές δυνατές μόνο σε κβαντικούς υπολογιστές», σημείωσε.
Η Google, κορυφαίος παίκτης και στην τεχνητή νοημοσύνη, εκτιμά επίσης ότι οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούν να δημιουργούν μοναδικά δεδομένα που θα τροφοδοτούν τα μοντέλα τεχνητής νοημοσύνης, καθιστώντας τα πιο ισχυρά.
Οι συμβατικοί υπολογιστές κωδικοποιούν την πληροφορία σε bits – δηλαδή σε 0 ή 1 – που μεταδίδονται ως ηλεκτρικοί παλμοί. Ένα γραπτό μήνυμα, ένα email ή μια ταινία στο Netflix είναι στην ουσία μια ακολουθία από αυτά τα bits.
Αντίθετα, στους κβαντικούς υπολογιστές η πληροφορία αποθηκεύεται σε qubits, τα οποία μπορεί να είναι σωματίδια όπως ηλεκτρόνια ή φωτόνια και μπορούν να βρίσκονται σε πολλές καταστάσεις ταυτόχρονα – μια ιδιότητα της κβαντικής φυσικής γνωστή ως υπέρθεση (superposition).
Αυτό σημαίνει ότι τα qubits μπορούν να αντιπροσωπεύουν πολλαπλούς συνδυασμούς 0 και 1 ταυτόχρονα, επιτρέποντας τον παράλληλο υπολογισμό τεράστιου αριθμού αποτελεσμάτων – κάτι αδύνατο για τους κλασικούς υπολογιστές. Ωστόσο, πρέπει να διατηρούνται σε αυστηρά ελεγχόμενα περιβάλλοντα, απαλλαγμένα από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, καθώς είναι εξαιρετικά ευαίσθητα.
Η πρόοδος που σημειώνουν εταιρείες όπως η Google έχει ήδη προκαλέσει ανησυχίες σε ειδικούς της κυβερνοασφάλειας, οι οποίοι προειδοποιούν ότι η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε να «σπάσει» σύγχρονα συστήματα κρυπτογράφησης. Αυτό έχει οδηγήσει σε εκκλήσεις προς κυβερνήσεις και εταιρείες να προετοιμαστούν εγκαίρως, υιοθετώντας μορφές κβαντικά ανθεκτικής κρυπτογραφίας (quantum-proof cryptography).