Ένα από τα μεγαλύτερα εναπομείναντα τεχνικά εμπόδια στην κούρσα για την κατασκευή πρακτικών κβαντικών υπολογιστών ξεπεράστηκε, σύμφωνα με τους εμπειρογνώμονες του τομέα, ανοίγοντας ενδεχομένως το δρόμο για τα πρώτα συστήματα πλήρους κλίμακας μέχρι το τέλος αυτής της δεκαετίας.
Το τελευταίο σημάδι της αυξανόμενης αισιοδοξίας στην επί δεκαετίες επιδίωξη της δημιουργίας πρακτικών υπολογιστών βασισμένων στις αρχές της κβαντομηχανικής ακολουθεί τον ισχυρισμό της Google ότι πέρασε ένα σημαντικό ορόσημο στην υπέρβαση της εγγενούς αστάθειας των κβαντικών συστημάτων.
Τα ευρήματα έχουν προσελκύσει την προσοχή του κόσμου των κβαντικών υπολογιστών από τότε που δημοσιεύθηκαν για πρώτη φορά ανεπίσημα τον Αύγουστο. Τη Δευτέρα, εμφανίστηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Nature. Η Google έδωσε επίσης στη δημοσιότητα λεπτομέρειες για το νέο, ισχυρότερο κβαντικό τσιπ που κατασκεύασε για να πραγματοποιήσει την επίδειξή της και το οποίο, όπως είπε, θα τη βοηθήσει να επεκτείνει την υπάρχουσα τεχνολογία της ώστε να φτάσει σε πρακτική χρησιμότητα.
Οι ειδικοί στον τομέα συνέκριναν το επίτευγμα της Google με ένα άλλο επιστημονικό ορόσημο, την πρώτη τεχνητή πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση το 1942. Αυτή η ανακάλυψη είχε επίσης προβλεφθεί από καιρό στη θεωρία, αλλά χρειάστηκαν σταθερές εξελίξεις στον εξοπλισμό επί πολλά χρόνια για να καταστεί δυνατή μια πρακτική επίδειξη. «Αυτό είχε προταθεί θεωρητικά τη δεκαετία του ’90», δήλωσε ο William Oliver, καθηγητής φυσικής στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης, για την κβαντική επίδειξη της Google.
«Περιμέναμε αυτό το αποτέλεσμα για πολλά χρόνια». «Συχνά χρειάζονται δεκαετίες για να φτάσει η μηχανική τη θεωρία, και αυτό βλέπουμε εδώ», δήλωσε ο Scott Aaronson, καθηγητής πληροφορικής στο Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Όστιν. Από τότε που προτάθηκε για πρώτη φορά η ιδέα των κβαντικών υπολογιστών, ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια ήταν η κατασκευή συστημάτων που να είναι αρκετά σταθερά ώστε να μπορούν να χειριστούν υπολογιστικές λειτουργίες μεγάλης κλίμακας.
Βασίζονται σε κβαντικά φαινόμενα όπως η υπέρθεση, όπου τα σωματίδια υπάρχουν σε περισσότερες από μία καταστάσεις ταυτόχρονα, και η διεμπλοκή, όπου τα σωματίδια σε μια κβαντική κατάσταση αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Αλλά τα κβαντικά μπιτ, ή qubits, στα οποία βασίζονται τα συστήματα αυτά διατηρούν τις κβαντικές τους καταστάσεις μόνο για ελάχιστα κλάσματα του δευτερολέπτου, πράγμα που σημαίνει ότι οποιαδήποτε πληροφορία περιέχουν χάνεται γρήγορα.
Όσο περισσότερα qubits εμπλέκονται σε έναν υπολογισμό και όσο περισσότερες υπολογιστικές πράξεις εκτελούνται, τόσο μεγαλύτερος είναι ο «θόρυβος» που παρεισφρέει καθώς τα σφάλματα επιτείνονται. Οι επιστήμονες ελπίζουν εδώ και καιρό να το αντιμετωπίσουν αυτό με τη χρήση μιας τεχνικής γνωστής ως διόρθωση σφαλμάτων, η οποία περιλαμβάνει την κωδικοποίηση της ίδιας πληροφορίας σε περισσότερα από ένα qubit, έτσι ώστε το σύστημα στο σύνολό του να διατηρεί αρκετές πληροφορίες για να εκτελέσει έναν συνεκτικό υπολογισμό, ακόμη και όταν τα μεμονωμένα qubits «αποσυντίθενται».
Για να λειτουργήσει η διόρθωση σφαλμάτων, ωστόσο, τα επιμέρους qubits πρέπει να είναι ακόμα αρκετά υψηλής ποιότητας, ώστε η συνδυασμένη έξοδός τους να είναι χρήσιμη, αντί να εκφυλίζεται σε «θόρυβο». Στη δημοσίευσή τους στο Nature, οι ερευνητές της Google δήλωσαν ότι ξεπέρασαν αυτό το σημαντικό όριο για πρώτη φορά. Καθώς μετακινούνταν από ένα πλέγμα qubits 3×3 σε 5×5 και 7×7, η συχνότητα των σφαλμάτων μειώθηκε κατά δύο φορές σε κάθε βήμα, είπαν.
Η Google ανέφερε στις αρχές του περασμένου έτους ότι είχε κάνει το πρώτο, δοκιμαστικό βήμα προς την αποτελεσματική διόρθωση σφαλμάτων. Αλλά τα τελευταία ευρήματά της ισοδυναμούν με μια πολύ πιο ισχυρή απόδειξη ότι μπορεί να ξεπεράσει την εγγενή αστάθεια του συστήματος, καθώς επεκτείνει την τεχνολογία σε χιλιάδες qubits που θα χρειαστούν για την εκτέλεση χρήσιμων υπολογισμών, δήλωσε ο Julian Kelly, διευθυντής κβαντικού υλικού στην Google.
Τα επόμενα βήματα θα είναι να μειωθεί περαιτέρω το ποσοστό σφάλματος των διασυνδεδεμένων ομάδων qubits και στη συνέχεια να αποδειχθεί ότι μπορεί να συνδέσει περισσότερες από μία τέτοιες συλλογές qubits για να εκτελέσει χρήσιμες υπολογιστικές πράξεις, δήλωσε ο Hartmut Neven, επικεφαλής του τμήματος κβαντικής τεχνολογίας της Google.
Η πρόοδος στη διόρθωση σφαλμάτων προήλθε από τη σταθερή βελτίωση του υλικού. Συγκεκριμένα, η Google δήλωσε ότι η μετάβαση στην κατασκευή qubits στις δικές της εγκαταστάσεις επέφερε μια σημαντική αλλαγή στην ποιότητα. Τα νέα qubits διατήρησαν τις κβαντικές τους καταστάσεις για σχεδόν 100 μικροδευτερόλεπτα, ή ένα δεκάκις χιλιοστό του δευτερολέπτου, δήλωσε η εταιρεία – ένα μικρό χρονικό διάστημα, αλλά και πάλι πέντε φορές καλύτερο από την απόδοση του προηγούμενου υλικού της.
Εκτός από τη μεγαλύτερη σταθερότητα, η εισαγωγή νέων τεχνικών παραγωγής και κατασκευής μεγαλύτερης κλίμακας στον τομέα υπόσχεται επίσης να μειώσει το κόστος. Η Google στοχεύει να μειώσει το κόστος των εξαρτημάτων κατά 10 φορές μέχρι το τέλος της δεκαετίας, τοποθετώντας το κόστος ενός πλήρως λειτουργικού κβαντικού συστήματος σε εκείνο το σημείο περίπου στο 1 δισ. δολάρια, δήλωσε ο Neven.
Ορισμένοι αντίπαλοι δήλωσαν ότι σημαντικές σχεδιαστικές εκτιμήσεις θα μπορούσαν ακόμη να επηρεάσουν την πρόοδο και να παρουσιάσουν προβλήματα στην πορεία. Η IBM, η οποία ανταγωνίζεται την Google για την κατασκευή του πρώτου κβαντικού συστήματος πλήρους κλίμακας με ανοχή σε σφάλματα, αμφισβήτησε την πρακτικότητα του τύπου του κώδικα που χρησιμοποιεί η Google για τη διόρθωση σφαλμάτων.
Γνωστός ως επιφανειακός κώδικας, αυτός περιλαμβάνει το συντονισμό των πληροφοριών σε ένα μεγάλο, δισδιάστατο πλέγμα qubits. Ο Jay Gambetta, επικεφαλής κβαντικών υπολογιστών στην IBM, προέβλεψε ότι αυτός ο τύπος κώδικα θα απαιτούσε από την Google να κατασκευάσει συστήματα με δισεκατομμύρια qubits για να εκτελέσει έναν πρακτικό υπολογισμό. Η IBM είχε στραφεί σε έναν διαφορετικό τύπο πιο αρθρωτού κώδικα που θα λειτουργούσε με λιγότερα qubits, είπε.
Ωστόσο, οι διαφορετικές σχεδιαστικές αποφάσεις φέρνουν τις δικές τους προκλήσεις Η τεχνική της IBM περιλαμβάνει την τοποθέτηση των qubits σε ένα τρισδιάστατο μοτίβο αντί για ένα επίπεδο πλέγμα, απαιτώντας έναν νέο τύπο συνδέσμου που η IBM δήλωσε ότι ελπίζει να παράγει μέχρι το 2026. Ο Neven της Google δήλωσε ότι η εταιρεία πιστεύει ότι οι τεχνικές που έχει επιδείξει στην τελευταία της έρευνα δείχνουν ότι μπορεί να φτάσει σε πρακτική κλίμακα και ότι θα χρειαστεί περίπου 1 εκατ. qubits για την παραγωγή ενός συστήματος πλήρους κλίμακας.
Richard Waters, Financial Times
Τ.Σ.
στο Google News και μάθετε πρώτοι όλες τις ειδήσεις
