Λένε πως νέοι υπολογιστές, κβαντικοί, προκαλούν -άλλη- μια επανάσταση στη πληροφορική. Λένε ακόμη, πως ο Sycamore, ο κβαντικός υπολογιστής της Google, έχει καταφέρει να επιλύσει προβλήματα που θα απαιτούσαν χιλιάδες χρόνια για να λυθούν από τους κλασικούς υπολογιστές. Και λένε, ακόμα, πως η λειτουργεία του, εγείρει τόσο επιστημονική, όσο και τη μεταφυσική περιέργεια!
Για τις θαυμαστές ικανότητες του Sycamore, οι παροικούντες την τεχνολογική Ιερουαλήμ, αναρωτιούνται γεμάτοι θαυμασμό, αν ο υπολογιστής χρησιμοποιεί τις δυνατότητες… πολλαπλών παράλληλων συμπάντων! Εμείς τώρα, που γράφουμε αυτό το πολύπλοκο, η μόνη ιδέα που έχουμε επί του θέματος είναι οι ταινίες του Spiderman και του Doctor Strange της Marvel, που και σοφιστικέ δε τις λες και οι που ήρωες ταξιδεύουν σε διάφορα σύμπαντα και πλακώνονται στα μπουνίδια με άλλες εκδοχές του εαυτού τους. Υποθέτουμε -όχι και με απόλυτη σιγουριά!- πως ο Sycamore, δε κάνει κάτι αντίστοιχο. Ψάχνοντας και διαβάζοντας βρίσκουμε πως τώρα μπορούμε να μιλάμε για δυο ειδών υπολογιστές, τους κβαντικούς και τους κλασσικούς. Και αυτοί μεταξύ τους, έχουν μια μεγάλη διαφορά.
Η βασική Διαφορά των Κβαντικών και των Κλασικών Υπολογιστών
Απ’ ότι καλοί φίλοι ειδικοί στο τομέα μας εξήγησαν πολύ απλά, σα να είμαστε στα προνήπια, οι κλασικοί υπολογιστές χρησιμοποιούν bits που είναι είτε 0 είτε 1, ενώ οι κβαντικοί χρησιμοποιούν qubits που μπορούν να είναι και τα δύο ταυτόχρονα. Αυτό τους επιτρέπει να εκτελούν πολλούς υπολογισμούς παράλληλα, κάνοντας τους πολύ πιο ισχυρούς. Επίσης, τα qubits μπορούν να συσχετίζονται μεταξύ τους, επιτρέποντας άμεση ανταλλαγή πληροφοριών. Έτσι, ένας κβαντικός υπολογιστής μπορεί να σπάσει κρυπτογραφήσεις, που θα έπαιρναν χιλιάδες χρόνια σε έναν κλασικό υπολογιστή, όπως για παράδειγμα τους κώδικες RSA, που προστατεύουν τα δεδομένα μας, όπως τις συναλλαγές στις τράπεζες ή τα μηνύματα μας στο διαδίκτυο. Μπορεί επίσης να προσομοιώσει πολύπλοκα μόρια για την ανακάλυψη νέων φαρμάκων, κάτι που είναι αδύνατο για τους κλασικούς υπολογιστές, λόγω των τεράστιων υπολογιστικών απαιτήσεων. Επιπλέον, μπορεί να βρει βέλτιστες διαδρομές για παγκόσμιες εφοδιαστικές αλυσίδες σε δευτερόλεπτα, ενώ οι συμβατικοί υπολογιστές χρειάζονται χρόνια.
Κβαντική Υπεροχή και ο Υπολογιστής Sycamore
Το 2019, η Google ανακοίνωσε ότι ο κβαντικός υπολογιστής της, Sycamore, πέτυχε την «κβαντική υπεροχή» ή quantum supremacy, δηλαδή την ικανότητα να εκτελεί έναν συγκεκριμένο υπολογισμό γρηγορότερα από οποιονδήποτε κλασικό υπερυπολογιστή. Συγκεκριμένα, ο Sycamore κατάφερε να επιλύσει ένα πρόβλημα σε 200 δευτερόλεπτα, το οποίο θα απαιτούσε περίπου 10.000 χρόνια για να λυθεί από τον πιο ισχυρό κλασικό υπολογιστή της εποχής! Αυτό το εντυπωσιακό επίτευγμα έθεσε ερωτήματα για τη φύση της κβαντικής υπολογιστικής και τις δυνατότητές της. Μία από τις θεωρίες που έχει προταθεί είναι ότι ο κβαντικός υπολογιστής επιτυγχάνει τέτοιες ταχύτητες εκμεταλλευόμενος τους παράλληλους κόσμους της κβαντομηχανική!. Σύμφωνα με την ερμηνεία των «Πολλών Κόσμων» κάθε πιθανή κατάσταση ενός κβαντικού υπολογισμού λαμβάνει χώρα σε ένα παράλληλο σύμπαν, και ο υπολογιστής επιλέγει το σωστό αποτέλεσμα από αυτό το πλήθος πιθανών πραγματικοτήτων. Αυτή η θεωρία, αν και συναρπαστική, δεν έχει επιστημονική απόδειξη και παραμένει στο πεδίο της φιλοσοφίας. Άσε που αυτά όλα, τα χει κάνει ήδη, ο Spiderman και σιγά τα νέα!
Πραγματικότητα ή Φιλοσοφία;
Η θεωρία των πολλών κόσμων μπορεί να φαίνεται συναρπαστική, όμως η επικρατούσα επιστημονική άποψη είναι ότι οι κβαντικοί υπολογιστές δεν «ταξιδεύουν» σε άλλα σύμπαντα. Αντίθετα, λειτουργούν με βάση τις αρχές της κβαντικής μηχανικής, χρησιμοποιώντας την υπέρθεση και τη διεμπλοκή για να υπολογίζουν ταυτόχρονα πολλές πιθανές λύσεις. Το αποτέλεσμα που τελικά λαμβάνουμε είναι προϊόν κβαντικής μέτρησης και κλασικής επεξεργασίας. Η ιδέα ότι οι κβαντικοί υπολογιστές εκμεταλλεύονται παράλληλα σύμπαντα παραμένει μια ελκυστική, αλλά μη επαληθευμένη, υπόθεση.
Το μέλλον των υπολογιστών, ναι, είναι κβαντικό
Ανεξάρτητα από τη λίγο φιλοσοφική και πολύ κινηματογραφική συζήτηση, η κβαντική υπολογιστική υπόσχεται να μεταμορφώσει τον κόσμο μας με τρόπους που μόλις αρχίζουμε να κατανοούμε. Ορισμένοι από τους τομείς που θα επηρεαστούν δραστικά είναι η κρυπτογραφία, με τους σημερινούς κρυπτογραφικούς αλγορίθμους να βασίζονται στην πολυπλοκότητα των μαθηματικών προβλημάτων, τα οποία οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να επιλύσουν εξαιρετικά γρήγορα. Αυτό θέτει νέες προκλήσεις στην ασφάλεια δεδομένων και απαιτεί την ανάπτυξη νέων κβαντο-ανθεκτικών κρυπτογραφικών μεθόδων. Οι κβαντικοί υπολογιστές, ακόμη, θα επιτρέψουν την προσομοίωση μοριακών αλληλεπιδράσεων με ακρίβεια που δεν είναι δυνατή με τους κλασικούς υπολογιστές. Αυτό θα επιταχύνει την ανακάλυψη νέων φαρμάκων και τη βελτίωση των υφιστάμενων θεραπειών. Η μηχανική μάθηση και η τεχνητή νοημοσύνη μπορούν να ωφεληθούν από τη δύναμη των κβαντικών υπολογιστών στην ανάλυση μεγάλων δεδομένων και την αναγνώριση προτύπων. Αυτό θα οδηγήσει σε νέα ευρήματα στον τομέα της αυτοματοποίησης και της πρόβλεψης.
Σημαντικές επιπτώσεις σε βιομηχανία και οικονομία.
Οι κβαντικοί υπολογιστές με την βελτιστοποίηση σύνθετων συστημάτων για τα χρηματοπιστωτικά μοντέλα ή τα logistics, θα κάνουν κάθε εργασία ταχύτερα και αποδοτικότερα, έχοντας σημαντικές επιπτώσεις στη βιομηχανία και την οικονομία. Για παράδειγμα, μια τράπεζα θέλει να επενδύσει χρήματα με το μικρότερο ρίσκο και τη μεγαλύτερη απόδοση. Ένας κλασικός υπολογιστής, θα χρειαστεί χρόνια, για να δοκιμάσει όλους τους πιθανούς συνδυασμούς επενδύσεων. Ένας κβαντικός υπολογιστής μπορεί να υπολογίσει άμεσα την καλύτερη επενδυτική στρατηγική. Σε μια άλλη χρήση του, ας πούμε πως μια εταιρεία θέλει να παραδώσει δέματα σε πολλές πόλεις, βρίσκοντας τη συντομότερη και πιο οικονομική διαδρομή. Ένας κβαντικός υπολογιστής μπορεί να δοκιμάσει αμέτρητες πιθανές διαδρομές ταυτόχρονα και να επιλέξει την πιο αποδοτική, μειώνοντας το κόστος και τον χρόνο παράδοσης. Καταλαβαίνουμε λοιπόν πως η χρήση κβαντικού μοντέλου υπολογιστή σημαίνει ταχύτερες αποφάσεις, λιγότερα έξοδα και μεγαλύτερα κέρδη για τις επιχειρήσεις.
Είτε οι κβαντικοί υπολογιστές εκμεταλλεύονται παράλληλα σύμπαντα είτε απλώς αξιοποιούν τις αρχές της κβαντικής φυσικής με τρόπους που ακόμα μαθαίνουμε να κατανοούμε, το γεγονός παραμένει: το τεχνολογικό μας μέλλον είναι κβαντικό. Και καθώς προχωρούμε προς αυτήν τη νέα εποχή, η ανθρωπότητα βρίσκεται μπροστά σε μια από τις πιο συναρπαστικές επιστημονικές περιπέτειες της ιστορίας της.
Η κατανόηση και η αξιοποίηση της κβαντικής τεχνολογίας θα καθορίσει σε μεγάλο βαθμό την πορεία μας προς το μέλλον.
ή αποκτήστε ετήσια συνδρομή εδώ.
