Πόλεμος για την κατάκτηση της «Κβαντικής Υπεροχής»…του Διονύση Λιναρδάτου

Λίγο πριν τη δύση του 2020, η Κίνα φαίνεται ότι απέκτησε την πολυπόθητη «κβαντική υπεροχή» καθώς Κινέζοι ερευνητές ανακοίνωσαν ότι κατασκεύασαν τον «Jiuzhang». Είναι ένας υπολογιστής που πραγματοποιεί μέσα σε λίγα λεπτά υπολογισμούς, για τους οποίους οι σημερινοί, ακόμα και οι ισχυρότεροι, υπολογιστές του κόσμου θα χρειάζονταν 1 έως 2 δισ. χρόνια για να τους πραγματοποιήσουν. Δηλαδή, πραγματοποίησε υπολογισμούς που ουσιαστικά είναι αδύνατο να εκτελεστούν από σημερινό υπολογιστή. Μπορείτε να δείτε σχετικό βίντεο για την ανακοίνωση στον ακόλουθο σύνδεσμο του youtube: https://www.youtube.com/watch?v=h09hB2W44-I

Κι όμως, ο «Jiuzhang» δεν είναι ο πρώτος υπολογιστής που ανακοινώθηκε ότι επιτυγχάνει «κβαντική υπεροχή». Τον Οκτώβριο του 2019, η εταιρεία Google AI Quantum, θυγατρική της Google, ανακοίνωσε ότι απέκτησε «κβαντική υπεροχή», επειδή κατασκεύασε τον επεξεργαστή «Sycamore». Ο επεξεργαστής μπορεί να εκτελέσει σε 200 δευτερόλεπτα έναν υπολογισμό για τον οποίο ο ισχυρότερος υπολογιστής στον κόσμο σήμερα θα χρειαζόταν περίπου 10.000 χρόνια. Δηλαδή, και ο «Sycamore» πραγματοποίησε υπολογισμό που ουσιαστικά είναι αδύνατο να εκτελεστεί από σημερινό υπολογιστή. Μπορείτε να δείτε το σχετικό βίντεο της Google στον ακόλουθο σύνδεσμο στο youtube: https://www.youtube.com/watch?v=-ZNEzzDcllU. Σημειώνεται πάντως ότι υπάρχει έντονη αντιπαράθεση στην επιστημονική κοινότητα για το εάν ο υπολογιστής της Google ανήκει στην κατηγορία των κβαντικών υπολογιστών ή εξακολουθεί να εμπίπτει στους συμβατικούς υπολογιστές.

Ο όρος «κβαντική υπεροχή» διατυπώθηκε το 2012 από τον καθηγητή Τζον Πρέσκιλ του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας (CalΤech) προκειμένου να αποδώσει το αποτέλεσμα της δυνητικής χρήσης αρχών της κβαντικής μηχανικής για υπολογιστικούς σκοπούς, από «κβαντικούς υπολογιστές», επιτυγχάνοντας την εκτέλεση υπολογισμών που έως τώρα είναι αδύνατο να επιτευχθούν από τους υφιστάμενους «συμβατικούς υπολογιστές».

Στους συμβατικούς υπολογιστές χρησιμοποιούνται τα bits για την αναπαράσταση των πληροφοριών, τα οποία αντιπροσωπεύουν είτε το «1» είτε το «0». Στους κβαντικούς υπολογιστές χρησιμοποιούνται τα κβαντικά bits, ή qubits, τα οποία έχουν τη μορφή σωματιδίων, όπως είναι τα φωτόνια (τα σωματίδια του φωτός) και τα ηλεκτρόνια. Τα κβαντικά bits μπορούν να είναι σε μια κατάσταση συνδυασμού των «1» και «0» ταυτόχρονα, μια κατάσταση γνωστή στην κβαντομηχανική ως “υπέρθεση”. Τα qubits μπορούν επίσης να επηρεάσουν το ένα το άλλο μέσω ενός φαινομένου γνωστού στην κβαντομηχανική ως «εμπλοκή». Χάρη σε αυτές τις ιδιότητες και προσθέτοντας μερικά επιπλέον qubits σε ένα υπολογιστικό σύστημα, αυξάνεται εκθετικά η ισχύς επεξεργασίας του. Οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να επεξεργάζονται παράλληλα μεγάλες ποσότητες δεδομένων, γεγονός που συντελεί στην ταχύτατη απόκρισή τους σε σχέση με τους συμβατικούς υπολογιστές.

Η λειτουργία των δύο συστημάτων, «Jiuzhang» και «Sycamore», είναι διαφορετική. Ο «Sycamore» για τη δημιουργία των qubits περιλαμβάνει κβαντικά κυκλώματα χρησιμοποιώντας υπεραγώγιμα υλικά σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Το σύστημα «Jiuzhang» για τη δημιουργία των qubits χρησιμοποιεί φωτόνια. Επίσης, ο «Jiuzhang» δεν μπορεί εύκολα να επαναπρογραμματιστεί για να πραγματοποιήσει διαφορετικούς υπολογισμούς, επειδή οι ρυθμίσεις του περιλαμβάνονται στα οπτικά του κυκλώματα.

Με την πρόσφατη ανακοίνωσή της η Κίνα φαίνεται να προηγείται στον αγώνα της επικράτησης στο πεδίο της τεχνολογικής εξέλιξης, καθώς ο δικός της υπολογιστής, όπως ισχυρίζεται, είναι κατά πολύ γρηγορότερος από αυτόν της Google. Ωστόσο, είμαστε μόνο στην αρχή αυτού του αγώνα για την απόκτηση της «κβαντικής υπεροχής».

Οι παγκόσμιοι κολοσσοί ξοδεύουν πολύ μεγάλα ποσά για την επικράτηση στον αγώνα αυτό. Πρόσφατα, η Microsoft ενημέρωσε ότι οι κβαντικοί υπολογιστές αποτελούν έναν από τους τρεις βασικούς τομείς έρευνας της εταιρείας μαζί με την επαυξημένη πραγματικότητα (augmented reality) και την τεχνητή νοημοσύνη. Στην IBM λειτουργεί ήδη ειδικό τμήμα ανάπτυξης λογισμικού και τεχνολογικού εξοπλισμού για τη δημιουργία κβαντικών υπολογιστών. Η Google, όπως ήδη αναφέρθηκε, διεξάγει σημαντική έρευνα για τη δημιουργία κβαντικών υπολογιστών, συνεργαζόμενη και με τη NASA. Η Intel έχει πραγματοποιήσει επενδύσεις στην έρευνα για την κατασκευή κβαντικών υπολογιστών. Η κινέζικη Alibaba στοχεύει στη δημιουργία ενός κβαντικού τσιπ στοχεύοντας αυτό να συμβεί μέχρι το 2022.

Για τους κβαντικούς υπολογιστές δεν έχουν αναπτυχθεί προς το παρόν πρακτικές εφαρμογές και δεν μπορούν ακόμα να χρησιμοποιηθούν επειδή δεν έχει επιβεβαιωθεί η απόλυτη αξιοπιστία των αποτελεσμάτων τους. Δεν μπορούν να κάνουν όλες τις εργασίες, παρά μόνο συγκεκριμένη εργασία και δεν φαίνεται να είναι ακόμη πλήρως προγραμματιζόμενοι.

Παρά ταύτα, οι κβαντικοί υπολογιστές συνδέονται με ασύλληπτη πρόοδο στον ανθρώπινο πολιτισμό. Αναμένεται να φέρουν επανάσταση σε τομείς όπως η βιολογία, η χημεία, η κρυπτογραφία, η τεχνολογία υλικών και γενικότερα σε όποια δραστηριότητα απαιτείται για να επιλυθούν τα σύνθετα προβλήματά της τεράστια υπολογιστική ισχύ, η οποία όμως σήμερα δεν είναι διαθέσιμη.

Η σημασία της «κβαντικής υπεροχής» είναι λοιπόν τεράστια. Παρόλο που αρκετοί επιστήμονες υποστηρίζουν ότι η κατασκευή ενός κβαντικού υπολογιστή αποτελεί αγώνας μεταξύ των ανθρώπων και της φύσης, όχι μεταξύ χωρών, εκτιμάται ότι, στον εικοστό πρώτο αιώνα, μία χώρα θα αποτελεί υπερδύναμη όχι λόγω της στρατιωτικής της ισχύος αλλά λόγω της ισχύος των κβαντικών υπολογιστών της. Οι κάτοχοι κβαντικών υπολογιστών θα έχουν παγκόσμια ισχύ παρόμοια με την παγκόσμια ισχύ που απέκτησαν οι πυρηνικές δυνάμεις μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο. Γι’ αυτό στην πραγματικότητα βρισκόμαστε τώρα στην αρχή ενός διαφορετικού πολέμου, ενός πολέμου με μάχες για την ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστικών συστημάτων, ενός πολέμου με στόχο την κατάκτηση της «κβαντικής υπεροχής».

Είναι σίγουρο ότι θα περάσουν αρκετά χρόνια ακόμα μέχρι οι κβαντικοί υπολογιστές να εφαρμοστούν σε πρακτικές και καθημερινές εργασίες και να αντικαταστήσουν τους συμβατικούς υπολογιστές. Σκεφτείτε πόσα χρόνια πέρασαν από την πρώτη αεροπορική πτήση των αδελφών Ράιτ το 1903 μέχρι οι αεροπορικές πτήσεις να εφαρμοστούν ως καθημερινός τρόπος πραγματοποίησης μετακίνησης των ανθρώπων. Ωστόσο, οι προσπάθειες της Google και των Κινέζων ερευνητών είναι πολύ σημαντικές γιατί δείχνει ότι η επιστημονική φαντασία για ένα κόσμο που θα χρησιμοποιεί κβαντικούς υπολογιστές είναι τελικά δυνατό μια μέρα να πραγματοποιηθεί.