Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι ήδη εδώ, ακόμη κι αν οι περισσότεροι δεν το έχουν συνειδητοποιήσει. Η πολυσυζητημένη στιγμή όπου η κβαντική πληροφορική υπερτερεί έναντι των κλασικών υπολογιστών – το λεγόμενο quantum advantage – φαίνεται πως έφτασε.
Ερευνητές από το University of Texas at Austin και την εταιρεία Quantinuum ανακοίνωσαν την πρώτη «άνευ όρων» απόδειξη του φαινομένου. Ωστόσο, η ανακάλυψη συνοδεύεται από επιφυλάξεις, κυρίως γιατί προς το παρόν δεν έχει πρακτική αξία.
Μια απόδειξη που δεν μπορεί να ανατραπεί
Η ομάδα των επιστημόνων πραγματοποίησε ένα πείραμα που, όπως υποστηρίζει, δείχνει πως υπάρχει ένα χάσμα ανάμεσα στις κλασικές και τις κβαντικές μεθόδους που καμία μελλοντική πρόοδος στους κλασικούς αλγόριθμους δεν μπορεί να γεφυρώσει.
Η ουσία του πειράματος ήταν η επικοινωνία δύο ερευνητών, των γνωστών από τα θεωρητικά σενάρια Alice και Bob. Ο Bob μπορούσε να λάβει μήνυμα μόνο από την Alice, και στη συνέχεια έπρεπε να αποφασίσει πώς θα πραγματοποιήσει μια μέτρηση ώστε να καταλήξει στο σωστό αποτέλεσμα. Το κρίσιμο σημείο είναι ότι ένα μικρό κβαντικό μήνυμα μπόρεσε να αντικαταστήσει έναν πολύ μεγαλύτερο κλασικό όγκο πληροφορίας.
Οι επιστήμονες επανέλαβαν τη διαδικασία 10.000 φορές στον εγκλωβισμένο ιοντικό υπολογιστή H1-1 της Quantinuum. Το αποτέλεσμα έδειξε πως η κβαντική συσκευή χρειάστηκε μόλις 12 qubits για να λύσει το πρόβλημα, την ώρα που οι πιο αποτελεσματικοί κλασικοί αλγόριθμοι απαιτούσαν 330 bits.
Ένα διαφορετικό είδος πλεονεκτήματος
«Αυτό δεν είναι το ίδιο είδος κβαντικού πλεονεκτήματος που έχουμε δει στο παρελθόν – δεν είναι καλύτερο ή χειρότερο, απλώς αποδεικνύει κάτι εντελώς διαφορετικό», σχολίασε ο Bill Fefferman, επιστήμονας υπολογιστών στο University of Chicago. Ο ίδιος δεν συμμετείχε στη μελέτη, αλλά είχε συνεργαστεί παλαιότερα με τον Scott Aaronson, τον επικεφαλής της έρευνας.
Σύμφωνα με τον Fefferman, έως τώρα το κβαντικό πλεονέκτημα ταυτιζόταν με το να μπορεί ένας κβαντικός υπολογιστής να επιλύει ένα πρόβλημα πολύ ταχύτερα από έναν κλασικό. Στην παρούσα περίπτωση, όμως, η διαφορά έγκειται στο ότι οι κβαντικοί υπολογιστές χρειάζονται πολύ λιγότερους πόρους πληροφορίας για να φτάσουν στο ίδιο αποτέλεσμα – μια μορφή «υπεροχής στην πληροφορία» και όχι κατ’ ανάγκη στην ταχύτητα.
Η «απεριόριστη» φύση του αποτελέσματος, δηλαδή το ότι δεν βασίζεται σε αβέβαιες υποθέσεις, αποτελεί ισχυρό επιχείρημα υπέρ του πειράματος. Παράλληλα, όμως, σημαίνει και μετατόπιση του στόχου: από την επιτάχυνση των υπολογισμών, στην εξοικονόμηση πόρων.
Από τη θεωρία στην πράξη
Η σημασία του πειράματος ανοίγει μια μεγαλύτερη συζήτηση: ποιος είναι ο πραγματικός σκοπός του quantum advantage; Όπως εξηγούν ειδικοί της IBM Quantum, το κρίσιμο ερώτημα είναι πώς μπορεί η κβαντική τεχνολογία να ενισχύσει γνωστά προβλήματα και εφαρμογές, αντί να επικεντρώνεται σε θεωρητικά σενάρια που δεν έχουν πρακτική αξία.
Ο Giuseppe Carleo, φυσικός στο EPFL της Ελβετίας, σημειώνει ότι η ιστορία της κβαντικής πληροφορικής είναι στενά δεμένη με τα μαθηματικά. Για δεκαετίες, η έρευνα έμενε σε θεωρητικό επίπεδο, ελλείψει κατάλληλου hardware για δοκιμές. Τα τελευταία χρόνια, με την πρόοδο των συσκευών και την ανάπτυξη μιας ολόκληρης βιομηχανίας γύρω από τον τομέα, η εικόνα αλλάζει. Πλέον οι ερευνητές δεν περιορίζονται σε πειράματα «κομμένα και ραμμένα» για να αποδεικνύουν το πλεονέκτημα, αλλά αναζητούν τομείς όπου οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν πραγματικά να προσφέρουν.
Αυτή η στροφή συνδέεται με το όραμα του Richard Feynman, του φυσικού που έθεσε τις βάσεις του πεδίου. Ο Feynman είχε προτείνει ότι ο βασικός ρόλος ενός κβαντικού υπολογιστή είναι να προσομοιώνει κβαντικά φαινόμενα – ένα εργαλείο για να κατανοούμε καλύτερα τη φύση του Σύμπαντος. Μπορεί αυτό να μην έχει άμεσο οικονομικό όφελος, αλλά έχει τεράστια αξία για τη θεμελιώδη φυσική.
Η σημασία του «άχρηστου»
Το νέο πείραμα ίσως να μην φέρει άμεσα πρακτικές εφαρμογές, όμως παραμένει σημαντικό. Πρόκειται για μια θεωρητικά στιβαρή απόδειξη ότι η κβαντική τεχνολογία μπορεί να ξεπεράσει τα όρια της κλασικής πληροφορικής με τρόπους που δεν είναι αναστρέψιμοι.
[via]
