Οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να ξεπεράσουν τους πιο γρήγορους κλασικούς υπολογιστές σε πολύ συγκεκριμένους τομείς, σύμφωνα με μία πρωτοποριακή έρευνα.
Ανακάλυψη από την Google Quantum AI
Οι ερευνητές της Google Quantum AI ανακάλυψαν μια «σταθερή υπολογιστικά σύνθετη φάση» που μπορεί να επιτευχθεί με υπάρχουσες μονάδες κβαντικής επεξεργασίας (QPUs), γνωστές και ως κβαντικοί επεξεργαστές.
Αυτό σημαίνει ότι όταν οι κβαντικοί υπολογιστές εισέρχονται σε αυτήν την ειδική «ασθενή φάση θορύβου», μπορούν να εκτελέσουν υπολογιστικά σύνθετους υπολογισμούς που ξεπερνούν την απόδοση των πιο γρήγορων υπερυπολογιστών.
Η έρευνα — που καθοδηγήθηκε από τον Alexis Morvan, ερευνητή κβαντικής πληροφορικής στη Google — δημοσιεύτηκε στις 9 Οκτωβρίου στο περιοδικό Nature.
Πρακτικές εφαρμογές πέρα από τις δυνατότητες των κλασικών υπολογιστών
«Εστιάζουμε στην ανάπτυξη πρακτικών εφαρμογών για κβαντικούς υπολογιστές που δεν μπορούν να εκτελεστούν από κλασικό υπολογιστή», δήλωσαν εκπρόσωποι της Google Quantum AI σε email προς το Live Science.
«Αυτή η έρευνα είναι ένα σημαντικό βήμα προς αυτήν την κατεύθυνση. Η επόμενη πρόκληση είναι να αποδείξουμε μία εφαρμογή ‘πέρα από τις κλασικές’ με πραγματικό αντίκτυπο».
Ωστόσο, τα δεδομένα που παράγονται από κβαντικούς υπολογιστές εξακολουθούν να είναι θορυβώδη, κάτι που σημαίνει ότι εξακολουθούν να απαιτούν εντατική διόρθωση σφαλμάτων για να παραμείνουν τα qubits στην «ασθενή φάση θορύβου», όπως πρόσθεσαν.
Τι είναι τα Qubits και πώς διαφέρουν από τα κλασικά bits
Τα qubits, που ενσωματώνονται στους κβαντικούς επεξεργαστές (QPUs), βασίζονται στις αρχές της κβαντομηχανικής για να εκτελούν υπολογισμούς παράλληλα, ενώ τα κλασικά bits μπορούν να επεξεργάζονται δεδομένα μόνο σειριακά.
Όσο περισσότερα qubits έχει ένας επεξεργαστής, τόσο πιο εκθετικά ισχυρός γίνεται. Χάρη σε αυτές τις παράλληλες δυνατότητες επεξεργασίας, υπολογισμοί που θα έπαιρναν σε έναν κλασικό υπολογιστή χιλιάδες χρόνια, θα μπορούσαν να γίνουν από έναν κβαντικό υπολογιστή σε δευτερόλεπτα.
Τα προβλήματα της κβαντικής υπολογιστικής και ο ρόλος της διόρθωσης σφαλμάτων
Όμως τα qubits είναι «θορυβώδη», που σημαίνει ότι είναι πολύ ευαίσθητα και επιρρεπή σε αποτυχία λόγω παρεμβολών, όπως αλλαγές θερμοκρασίας, μαγνητικά πεδία ή ακόμα και ακτινοβολία από το διάστημα. Περίπου 1 στα 100 qubits αποτυγχάνει, έναντι 1 σε 1 δισεκατομμύριο κλασικά bits.
Αυτός ο υψηλός ρυθμός σφαλμάτων σημαίνει ότι για να επιτευχθεί η «υπεροχή της κβαντικής υπολογιστικής», θα χρειαστούν εξαιρετικά αποτελεσματικές τεχνολογίες διόρθωσης σφαλμάτων — οι οποίες ακόμα δεν υπάρχουν — ή ένας κβαντικός υπολογιστής με εκατομμύρια qubits.
Η κλιμάκωση των κβαντικών υπολογιστών δεν είναι εύκολη, με τον μεγαλύτερο κβαντικό υπολογιστή σήμερα να διαθέτει περίπου 1.000 qubits.
Πειράματα της Google: Η δοκιμή του συγκριτικού δείκτη RCS
Ωστόσο, το νέο πείραμα των επιστημόνων της Google δείχνει ότι οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να αντέξουν τα τρέχοντα επίπεδα θορύβου και να ξεπεράσουν τους κλασικούς υπολογιστές σε συγκεκριμένους υπολογισμούς. Η διόρθωση σφαλμάτων μπορεί ακόμα να χρειαστεί όταν οι μηχανές αυξηθούν σε μέγεθος.
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια μέθοδο γνωστή ως τυχαία δειγματοληψία κυκλωμάτων (RCS) για να δοκιμάσουν την αξιοπιστία ενός δικτύου 2D υπεραγώγιμων qubits, που είναι ένας από τους πιο συνηθισμένους τύπους qubits και κατασκευάζονται από υπεραγώγιμο μέταλλο που αιωρείται σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν.
Το RCS είναι ένας συγκριτικός δείκτης που μετρά την απόδοση ενός κβαντικού υπολογιστή σε σύγκριση με αυτήν ενός κλασικού υπερυπολογιστή και είναι ο πιο δύσκολος συγκριτικός δείκτης που μπορεί να εκτελεστεί σε κβαντικό υπολογιστή, όπως είπαν οι επιστήμονες.
Μετάβαση σε ασθενή φάση θορύβου: Τα συμπεράσματα της έρευνας
Τα πειράματα έδειξαν ότι τα λειτουργικά qubits μπορούν να μεταβούν μεταξύ μιας πρώτης φάσης και μιας δεύτερης φάσης, γνωστής ως «ασθενής φάση θορύβου», ενεργοποιώντας ορισμένες συνθήκες.
Στα πειράματα, οι επιστήμονες αύξησαν τεχνητά τον θόρυβο ή επιβράδυναν την εξάπλωση των κβαντικών συσχετίσεων. Σε αυτήν τη δεύτερη, «ασθενή φάση θορύβου», ο υπολογισμός ήταν αρκετά σύνθετος ώστε να συμπεράνουν ότι ένας κβαντικός υπολογιστής μπορούσε να ξεπεράσει έναν κλασικό υπολογιστή. Το απέδειξαν αυτό στο Sycamore chip της Google με 67 qubits.
«Αυτή είναι μια στάση στον δρόμο για την επίτευξη πραγματικών εφαρμογών, ή εμπορικών εφαρμογών πέρα από τις κλασικές δυνατότητες», είπαν οι εκπρόσωποι της Google Quantum AI.
«Οι εφαρμογές αυτές δε θα πρέπει να μπορούν να αναπαραχθούν από έναν κλασικό υπολογιστή. Τα αποτελέσματά μας σε αυτή την έρευνα αποτελούν σημαντικό βήμα προς αυτή την κατεύθυνση. Αν δεν μπορείτε να πετύχετε στον συγκριτικό δείκτη RCS, δεν μπορείτε να πετύχετε πουθενά αλλού».
Βίντεο
VIA: FoxReport.gr
