Επιστήμονες της Google επιβεβαιώνουν πως πέτυχαν «κβαντική υπεροχή»- ένα σημαντικό ορόσημο στον τομέα των κβαντικών υπολογιστών. Η εν λόγω ανακοίνωση δημοσιεύτηκε την Τετάρτη στο Nature, περίπου έναν μήνα μετά από τη διαρροή μιας πρώιμης έκδοσης του επίμαχου επιστημονικού άρθρου, την οποία η εταιρεία δεν είχε σχολιάσει.
Ομάδα με επικεφαλής τον Τζον Μαρτίνις, πειραματικό φυσικό στο University of California, Santa Barbara και στη Google, αναφέρει πως ο κβαντικός υπολογιστής της πραγματοποίησε έναν συγκεκριμένο υπολογισμό ο οποίος είναι πέρα από τις πρακτικές δυνατότητες των συμβατικών υπολογιστών. Για τον ίδιο αυτόν υπολογισμό, όπως σημειώνεται σε ανάρτηση στην ιστοσελίδα του Nature, ο καλύτερος συμβατικός υπερυπολογιστής θα χρειαζόταν 10.000 χρόνια, σύμφωνα με εκτιμήσεις της Google.
Όπως σημειώνει ο Μαρτίνις, η αποκαλούμενη κβαντική υπεροχή (quantum supremacy) θεωρείται ορόσημο στον χώρο των υπολογιστών, καθώς αποδεικνύει ότι οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να έχουν καλύτερες επιδόσεις από τους συμβατικούς. Αν και αυτό το πλεονέκτημα έχει πλέον επιτευχθεί μόλις για μία συγκεκριμένη περίπτωση, δείχνει στους φυσικούς πως η κβαντομηχανική λειτουργεί όπως αναμενόταν όταν χρησιμοποιείται για την επίλυση ενός πολύπλοκου προβλήματος.
«Φαίνεται πως η Google μας έδωσε τα πρώτα πειραματικά στοιχεία πως η κβαντική επιτάχυνση είναι εφικτή σε ένα σύστημα “πραγματικού κόσμου”» είπε η Μισέλ Σίμονς, κβαντική φυσικός στο University of New South Wales στο Σίδνεϊ της Αυστραλίας.
Ο Μαρτίνις παρομοιάζει το πείραμα με ένα πρόγραμμα «Hello World», το οποίο δοκιμάζει ένα νέο σύστημα βάζοντάς το να προβάλει αυτή τη φράση. Από μόνο του δεν είναι ιδιαίτερα χρήσιμο, ωστόσο λέει στη Google πως το κβαντικό hardware και software λειτουργούν σωστά, όπως τονίζει ο ίδιος.
Το επίτευγμα είχε αναφερθεί αρχικά τον Σεπτέμβριο, αρχικά από τους Financial Times, μετά από τη διαρροή μιας πρώιμης έκδοσης του επιστημονικού άρθρου σε ιστοσελίδα της NASA, η οποία συνεργάζεται με τη Google στον τομέα των κβαντικών υπολογιστών. Το επιστημονικό άρθρο κατέβηκε εσπευσμένα, ωστόσο είχε ως αποτέλεσμα πληθώρα δημοσιευμάτων σε ΜΜΕ ανά τον κόσμο, καθώς και αντιδράσεων από άλλους ερευνητές του χώρου (μεταξύ των οποίων και της ΙΒΜ) που εξέφραζαν αμφιβολίες σχετικά με το αν συνέβη όντως κάτι τέτοιο. Η Google δεν είχε προβεί σε σχόλια τότε.
Αν και ο υπολογισμός που επέλεξε η Google- ο έλεγχος της «παραγωγής» μια κβαντικής γεννήτριας τυχαίων αριθμών- έχει περιορισμένες πρακτικές εφαρμογές, «το επιστημονικό επίτευγμα είναι τεράστιο, δεδομένου ότι ισχύει, και μαντεύω ότι αυτό θα συμβεί» είπε ο Σκοτ Άαρονσον, θεωρητικός επιστήμονας υπολογιστών στο University of Texas at Austin.
Ερευνητές εκτός Google ήδη καταβάλλουν προσπάθειες βελτίωσης των κλασικών αλγορίθμων που χρησιμοποιούνται για την αντιμετώπιση του προβλήματος, ελπίζοντας να μειώσουν την εκτίμηση περί 10.000 ετών. Η ΙΒΜ, ανταγωνίστρια της Google στην κβαντική «κούρσα» ανέφερε στις 21 Οκτωβρίου πως το πρόβλημα μπορούσε να λυθεί σε 2,5 ημέρες μέσω μιας διαφορετικής τεχνικής (ωστόσο, όπως υπογραμμίζεται στο δημοσίευμα του Nature, το σχετικό επιστημονικό άρθρο δεν είναι ακόμα peer reviewed). Εάν η ΙΒΜ έχει δίκιο, τότε το επίτευγμα της Google θα ήταν «απλά» ένα κβαντικό «πλεονέκτημα»- η πραγματοποίηση ενός υπολογισμού πολύ γρηγορότερα από έναν συμβατικό υπολογιστή, αλλά όχι κάτι που να απέχει πάρα πολύ.
Οι κβαντικοί υπολογιστές λειτουργούν με διαφορετικό τρόπο από τους κλασικούς: Ένα κλασικό bit είναι είτε 1 είτε 0, αλλά ένα κβαντικό bit (qubit) μπορεί να έχει ταυτόχρονα διαφορετικές καταστάσεις. Με τα qubits να συνδέονται μεταξύ τους, οι φυσικοί μπορούν, θεωρητικά, να εκμεταλλευτούν την αλληλεπίδραση μεταξύ των κβαντικών τους καταστάσεων για να πραγματοποιήσουν υπολογιστές που θα χρειάζονταν αλλιώς εκατομμύρια χρόνια για να γίνουν. Οι φυσικοί θεωρούν πως οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν κάποια στιγμή να «τρέχουν» επαναστατικούς αλγορίθμους που θα είχαν την δυνατότητα, για παράδειγμα, να εξετάζουν τεράστιες βάσεις δεδομένων, ή να επεξεργάζονται πολύ μεγάλους αριθμούς- κάτι που θα άλλαζε δραματικά τα δεδομένα σε τομείς όπως η κρυπτογράφηση. Ωστόσο εφαρμογές τέτοιου τύπου απέχουν ακόμα πολύ, καθώς, όσο πιο στενά συνδέονται τα qubits, τόσο πιο δύσκολη είναι η διατήρηση των καταστάσεών τους ενώ λειτουργεί το μηχάνημα. Ο αλγόριθμος της Google τρέχει σε ένα κβαντικό τσιπ που αποτελείται από 54 qubits- ωστόσο αυτό είναι ένα μικροσκοπικό κλάσμα του ενός εκατομμυρίου qubits που θα χρειάζονταν για ένα γενικής χρήσης μηχάνημα.
Γενικότερα πάντως, η Google θεωρεί πως οι αποδείξεις που προέκυψαν από τον υπολογιστή της, Sycamore, περί κβαντικής υπεροχής, είναι «αεροστεγείς». Ωστόσο, όπως τονίζει ο Χάρτμουτ Νέβεν, που ηγείται της ομάδας κβαντικών υπολογιστών της Google, ακόμα και αν άλλοι ερευνητές καταφέρουν να αποδείξουν πως το επίτευγμα δεν είναι τόσο μεγάλο όσο λέγεται, αναμφίβολα το κβαντικό hardware βελτιώνεται- και αναπόφευκτα οι συμβατικοί υπολογιστές θα μείνουν πίσω.
