Η κβαντική ανακάλυψη που θα μπορούσε να φέρει την επανάσταση στους υπολογιστές
Επιμέλεια: Στέλιος Βασιλούδης
Οι επιστήμονες έφτασαν ένα βήμα πιο κοντά στην κατασκευή «κβαντικών» υπολογιστών πολλαπλών εργασιών – πολύ πιο ισχυρών από τους πιο προηγμένους υπερυπολογιστές του σήμερα, χρησιμοποιώντας τις περίεργες ιδιότητες των υποατομικών σωματιδίων.
Τα λεγόμενα κβαντικά σωματίδια μπορούν να βρίσκονται σε δύο μέρη ταυτόχρονα και επίσης να παραμένουν παραδόξως συνδεδεμένα, παρόλο που μπορεί να απέχουν εκατομμύρια μίλια μεταξύ τους. Πρόσφατα, μια ομάδα του Πανεπιστημίου του Sussex μετέφερε κβαντικές πληροφορίες μεταξύ τσιπ υπολογιστών με ταχύτητες και ακρίβεια ρεκόρ.
Οι επιστήμονες υπολογιστών, εδώ και χρόνια, προσπαθούν να φτιάξουν έναν αποτελεσματικό κβαντικό υπολογιστή. Εταιρείες όπως η Google, η IBM και η Microsoft έχουν επενδύσει στην ανάπτυξη διαφόρων μηχανών – με ποικίλα αποτελέσματα απόδοσης . Όμως, σύμφωνα με τον καθηγητή Winfried Hensinger, ο οποίος ηγήθηκε της έρευνας στο Πανεπιστήμιο του Sussex, η νέα ανακάλυψη ανοίγει το δρόμο για συστήματα που μπορούν να λύσουν πολύπλοκα προβλήματα του πραγματικού κόσμου για την λύση των οποίων οι καλύτεροι υπολογιστές που έχουμε σήμερα δεν είναι ικανοί. «Αυτή τη στιγμή έχουμε κβαντικούς υπολογιστές με πολύ απλά μικροτσίπ», λέει ο Hensinger. «Αυτό που επιτύχαμε εδώ είναι η ικανότητα να υλοποιούμε εξαιρετικά ισχυρούς κβαντικούς υπολογιστές, ικανούς να λύσουν μερικά από τα πιο σημαντικά προβλήματα για τις βιομηχανίες και την κοινωνία μας», συμπληρώνει.
Οι κοινοί υπολογιστές επιλύουν προβλήματα με έναν απλό γραμμικό τρόπο, έναν υπολογισμό τη φορά. Στο κβαντικό βασίλειο, τα σωματίδια μπορούν να βρίσκονται σε δύο μέρη ταυτόχρονα και οι ερευνητές θέλουν να αξιοποιήσουν αυτή την ιδιότητα για να αναπτύξουν υπολογιστές που μπορούν να κάνουν πολλαπλούς υπολογισμούς ταυτόχρονα. Τα κβαντικά σωματίδια μπορούν επίσης να απέχουν εκατομμύρια μίλια μεταξύ τους και να συνδέονται παράξενα, αντικατοπτρίζοντας το ένα τις ενέργειες του άλλου, στιγμιαία. Αυτό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη πολύ πιο ισχυρών υπολογιστών.
Ένα εμπόδιο που αντιμετωπίστηκε, ήταν η ανάγκη μεταφοράς κβαντικών πληροφοριών μεταξύ των τσιπ γρήγορα και αξιόπιστα: μέχρι τώρα, οι πληροφορίες υποβαθμίζονταν και εισερχόταν σφάλματα. Όμως, η ομάδα του καθηγητή Hensinger έκανε μια σημαντική ανακάλυψη, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Nature Communications, η οποία δείχνει ικανή να ξεπεράσει αυτό το εμπόδιο.
Η ομάδα ανέπτυξε ένα σύστημα ικανό να μεταφέρει πληροφορίες από το ένα τσιπ στο άλλο με αξιοπιστία 99,999993% σε ταχύτητες ρεκόρ. Αυτό, λένε οι ερευνητές, δείχνει ότι κατ ‘αρχήν τα τσιπ θα μπορούσαν να ενωθούν για να φτιάξουν έναν πιο ισχυρό κβαντικό υπολογιστή.
Ο καθηγητής Michael Cuthbert, ο οποίος είναι διευθυντής του νεοϊδρυθέντος Εθνικού Κέντρου Κβαντικών Υπολογιστών στο Didcot, στο Oxfordshire και ανεξάρτητος από την ερευνητική ομάδα του Sussex, περιέγραψε την ανάπτυξη ως ένα «πραγματικά σημαντικό βήμα». Ωστόσο, είπε ότι θα χρειαστεί περισσότερη δουλειά για την ανάπτυξη πρακτικών συστημάτων.
«Για να δημιουργήσουμε τον τύπο κβαντικού υπολογιστή που χρειαζόμαστε στο μέλλον, ξεκινάμε συνδέοντας τσιπ που έχουν μέγεθος ενός νυχιού του αντίχειρα και προχωράμε μέχρι να πάρουμε κάτι στο μέγεθος ενός πιάτου δείπνου. Η ομάδα του Sussex έχει δείξει ότι μπορούμε να έχουμε τη σταθερότητα και την ταχύτητα για να κάνουμε αυτό το βήμα».
«Στη συνέχεια χρειάζεται ένας μηχανισμός που θα συνδέσει αυτά τα πιάτα προκειμένου να δημιουργηθεί ένα μηχάνημα, δυνητικά τόσο μεγάλο όσο ένα γήπεδο ποδοσφαίρου, προκειμένου να πραγματοποιήσει κανείς ρεαλιστικούς και χρήσιμους υπολογισμούς – η τεχνολογία επικοινωνιών για αυτήν την κλίμακα δεν είναι ακόμη διαθέσιμη», συνεχίζει.
Η φοιτήτρια διδακτορικού Sahra Kulmiya, η οποία πραγματοποίησε το πείραμα του Sussex, λέει ότι η ομάδα είναι έτοιμη για την πρόκληση να πάει την τεχνολογία στο επόμενο επίπεδο.
«Δεν είναι πλέον μόνο ένα πρόβλημα φυσικής», είπε στο BBC News. «Είναι ένα πρόβλημα μηχανικής, ένα πρόβλημα της πληροφορικής και επίσης ένα μαθηματικό πρόβλημα. Είναι πραγματικά δύσκολο να πούμε πόσο κοντά είμαστε στην υλοποίηση του κβαντικού υπολογιστή, αλλά είμαι αισιόδοξη για το πώς μπορεί να γίνει μέρος της καθημερινής μας ζωής», λέει η ίδια.
Μια από τις κορυφαίες εταιρείες μηχανικής του Ηνωμένου Βασιλείου, η Rolls Royce, είναι επίσης αισιόδοξη για την τεχνολογία. Συνεργάζεται με τους ερευνητές του Sussex για την ανάπτυξη μηχανών που θα μπορούσαν να τους βοηθήσουν να σχεδιάσουν ακόμα καλύτερους κινητήρες τζετ. Οι ισχυροί υπερυπολογιστές θα χρησιμοποιούνται για τη μοντελοποίηση της ροής του αέρα σε προσομοιώσεις για τη δοκιμή νέων σχεδίων κινητήρων αεροσκαφών. Για παράδειγμα, ένας κβαντικός υπολογιστής θα μπορούσε κατ’ αρχήν να παρακολουθεί τη ροή του αέρα με ακόμη μεγαλύτερη ακρίβεια και να το κάνει πολύ γρήγορα, σύμφωνα με τον καθηγητή Leigh Lapworth, ο οποίος ηγείται της ανάπτυξης κβαντικών υπολογιστών για τη Rolls-Royce. «Οι κβαντικοί υπολογιστές θα ήταν σε θέση να κάνουν υπολογισμούς που δεν μπορούμε να κάνουμε αυτή τη στιγμή και άλλους που θα χρειαστούν πολλούς μήνες ή χρόνια. Η δυνατότητα να γίνουν αυτοί σε ημέρες απλώς θα μεταμορφώσει τα συστήματα σχεδιασμού μας και θα οδηγούσε σε ακόμα καλύτερους κινητήρες», δηλώνει.
Η τεχνολογία θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για τον ταχύτερο σχεδιασμό φαρμάκων προσομοιώνοντας με ακρίβεια τις χημικές τους αντιδράσεις – ένας υπολογισμός πολύ δύσκολος για τους σημερινούς υπερυπολογιστές. Θα μπορούσαν επίσης να παρέχουν ακόμη πιο ακριβή συστήματα για την πρόβλεψη του καιρού και την προβολή των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής.
Ο καθηγητής Hensinger υποστηρίζει ότι είχε για πρώτη φορά την ιδέα να αναπτύξει έναν κβαντικό υπολογιστή πριν από περισσότερα από 20 χρόνια. «Οι φίλοι μου γούρλωσαν τα μάτια τους» και είπαν: «είναι αδύνατο».
«Και όταν οι άνθρωποι μου λένε ότι κάτι δεν μπορεί να γίνει, μου αρέσει απλώς να προσπαθώ να το κάνω. Έτσι έχω περάσει τα τελευταία 20 χρόνια, αφαιρώντας τα εμπόδια ένα προς ένα και έχω φτάσει σε ένα σημείο όπου μπορεί κανείς τώρα να φτιάξει πραγματικά έναν πρακτικό κβαντικό υπολογιστή»
Πηγή: BBC News
