Ιστορία στο πεδίο των κβαντικών υπολογιστών έγραψε σήμερα η Google αποκαλύπτοντας μόλις τώρα τον πρωτοποριακό αλγόριθμο Quantum Echoes, ο οποίος σε συνδυασμό με το επίσης πρωτοποριακό τσιπ –ονομάζεται Willow- το οποίο η εταιρεία παρουσίασε πέρυσι επιτρέπει ταχύτατους αλλά και επαληθεύσιμους υπολογισμούς.
Παρακολουθήσαμε την διαδικτυακή συνέντευξη τύπου που διοργανώθηκε από την Google την περασμένη Πέμπτη και σας παρουσιάζουμε –αμέσως μετά την άρση του embargo- τις λεπτομέρειες για το τεράστιο αυτό βήμα στην κβαντική υπολογιστική. Πρόκειται για ένα βήμα που καθιστά ορατή την πιθανότητα αξιοποίησης των κβαντικών υπολογιστών σε πρακτικές εφαρμογές, όπως ο σχεδιασμός φαρμάκων και νέων υλικών.
Με άλλα λόγια, χάρη στις τελευταίες εξελίξεις, οι κβαντικοί υπολογιστές μοιάζει να «ανεβαίνουν πίστα» και από αντικείμενα έρευνας να γίνονται αντικείμενα που μπορούν να αξιοποιηθούν στη διεξαγωγή ερευνών!
Ερευνες δεκαετιών
Αλλά ας πάρουμε τα πράγματα από την αρχή. Με πειράματα που διενεργήθηκαν κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1980, οι φετινοί τιμώμενοι με το βραβείο Νομπέλ Φυσικής Μισέλ Ντεβορέ (Michel Devoret), Τζον Μαρτίνις (John Martinis) και Τζον Κλάρκ (John Clarke) απέδειξαν ότι οι παράξενοι για τον ορατό κόσμο μας νόμοι της κβαντομηχανικής – οι οποίοι γεννούν φαινόμενα που προηγουμένως θεωρούνταν ότι περιορίζονταν σε άτομα και υποατομικά σωματίδια – θα μπορούσαν να αποκαλυφθούν και να ελεγχθούν σε ένα μακροσκοπικό ηλεκτρικό κύκλωμα, σε ένα τσιπ.
Ο Μισέλ Ντεβορέ (Michel Devoret)
Διόλου τυχαία ο Μισέλ Ντεβορέ, οι έρευνες του οποίου αφορούσαν στα υπεραγώγιμα qubits (τα qubits είναι η μονάδα πληροφορίας των κβαντικών υπολογιστών), είναι σήμερα επικεφαλής ερευνών της Google επιβλέποντας την ανάπτυξη του hardware. Είναι δηλαδή ο επιστήμονας που, μεταξύ άλλων, πρωτοστάτησε στη δημιουργία του τσιπ Willow πάνω στο οποίο «τρέχει» ο αλγόριθμος Quantum Echoes.
Η υπεροχή του κβαντικού τσιπ Willow, το οποίο παρουσιάστηκε πέρυσι τον Δεκέμβριο, συνίσταται στην ενδογενή ικανότητά του να μειώνει δραματικά τα υπολογιστικά σφάλματα, λύνοντας ένα πρόβλημα το οποίο ταλάνιζε τους επιστήμονες για σχεδόν τρεις δεκαετίες.
Το τσιπ Willow
Πρωτοποριακό software
Εχοντας επιλύσει αυτό το καίριο πρόβλημα του hardware, η Google ανακοίνωσε σήμερα και μια πρωτοποριακή εξέλιξη στο software παρουσιάζοντας με σχετικό άρθρο στο επιστημονικό περιοδικό Nature τον πρώτο επαληθεύσιμο αλγόριθμο ο οποίος μάλιστα επιτρέπει υπολογισμούς με ταχύτητα 13.000 φορές μεγαλύτερη από εκείνη των ταχύτερων κλασικών υπερυπολογιστών!
Ο όρος «επαληθεύσιμος» περιγράφει το γεγονός ότι οι υπολογισμοί μπορούν να επαναληφθούν είτε στον κβαντικό υπολογιστή της Google, είτε σε οποιονδήποτε άλλο του ίδιου διαμετρήματος και να αποδώσουν την ίδια απάντηση, επιβεβαιώνοντας το αποτέλεσμα.
Λεπτομέρεια κβαντικού υπολογιστή Google
Εμπνευσμένη ηχώ!
Το όνομα του αλγορίθμου -Quantum Echoes- δεν είναι καθόλου τυχαίο αφού αυτός εμπνέεται από τον ηχοεντοπισμό, από το σύστημα που χρησιμοποιούν οι νυχτερίδες για να αντιλαμβάνονται τον χώρο γύρω τους και ο οποίος βασίζεται στην αντίληψη της ηχούς που γυρίζει πίσω μετά την πρόσκρουση εκπεμπόμενου ήχου σε ένα αντικείμενο.
Κατά μία έννοια, την «ηχώ» ενός κβαντικού συστήματος έχει σχεδιαστεί να «ακούει» ο αλγόριθμος της Google. Κάπως υπεραπλουστευμένα θα μπορούσε κανείς να περιγράψει τον πειραματισμό των επιστημόνων της Google ο οποίος απέδειξε τις ικανότητες του αλγορίθμου ως εξής: σε μια διάταξη αποτελούμενη από 105 quibits πάνω στο τσιπ Willow, οι ερευνητές στέλνουν ένα πολύ συγκεκριμένο σήμα.
Στη συνέχεια προκαλούν μια διαταραχή σε ένα από τα 105 quibits (η διαταραχή δρα ενισχυτικά στο τελικώς λαμβανόμενο σήμα αυξάνοντας την ευαισθησία του συστήματος) και, τέλος, αντιστρέφουν με εξαιρετική ακρίβεια την πορεία του αρχικού σήματος. Τα σήματα που λαμβάνονται από την ευθεία και την αντίστροφη σειρά των «γεγονότων» αλληλεπιδρούν μεταξύ τους πράγμα που δημιουργεί μια «ηχώ» η οποία είναι αποκαλυπτική των ιδιοτήτων του προς μελέτη κβαντικού συστήματος.
Πρακτική επαλήθευση
Για να διαπιστώσουν το αν όντως ο αλγόριθμος Quantum Echoes παρέχει αξιόπιστες μετρήσεις, πράγμα που τον καθιστά κατάλληλο για πρακτικές εφαρμογές, οι ερευνητές της Google σε συνεργασία με συναδέλφους τους από το Πανεπιστήμιο Μπέρκλεϊ στην Καλιφόρνια υπολόγισαν την δομή δύο χημικών μορίων και συνέκριναν τα αποτελέσματά τους με αυτά που προκύπτουν μέσω της φασματοσκοπίας Πυρηνικού Mαγνητικού Συντονισμού (Nuclear Magnetic Resonance, NMR), της τεχνικής που αξιοποιείται σήμερα για τον σκοπό αυτό.
Όπως ειπώθηκε κατά τη διάρκεια της συνέντευξης τύπου, ο αλγόριθμος όχι μόνο παρήγαγε συγκρίσιμα αποτελέσματα με αυτά της NMR, αλλά αύξησε και το εύρος των μετρήσεων. Δηλαδή μπορεί να λειτουργήσει ως ένας «μοριακός χάρακας» μετρώντας μάλιστα μεγαλύτερες αποστάσεις αυτές που μετρώνται κάνοντας χρήση των σημερινών μεθόδων.
Και ενώ το σχετικό άρθρο που καταδεικνύει την παραπάνω ικανότητα του αλγορίθμου αναμένεται να δημοσιευθεί αργότερα σήμερα, οι ερευνητές της Google επισήμαναν ότι ο πρόσφατος πειραματισμός τους είναι αυτό που στην επιστήμη ονομάζεται «απόδειξη επί της ιδέας» και πως θα χρειαστεί ίσως μια 5-ετία ακόμη για να μπορέσουν να υπάρξουν οι πρακτικές εφαρμογές. Ποιες θα είναι αυτές; Από τον σχεδιασμό φαρμάκων και προηγμένων υλικών για τη βιομηχανία (πχ υλικά για αποδοτικότερες μπαταρίες), μέχρι την κατανόηση του τρόπου που λειτουργούν τα κβαντικά συστήματα στην φύση.
Το αν αυτά που ευαγγελίζονται οι ερευνητές της Google επαληθευτούν θα φανεί στο μέλλον. Προς το παρόν πάντως, τα επιτεύγματά τους τόσο σε επίπεδο hardware όσο και σε software είναι αξιοθαύμαστα.
