Στις 23 Οκτωβρίου 2019, η Google έκανε ένα πολύ σημαντικό βήμα προς τα εμπρός στον τομέα των κβαντικών υπολογιστών. Εκείνη την ημέρα η ομάδα των ερευνητών με επικεφαλής τον John Martinis δημοσίευσε ένα άρθρο στο Nature στο οποίο εξηγούσε λεπτομερώς τη διαδικασία που χρησιμοποίησε για να επιτύχει την πολυαναμενόμενη κβαντική υπεροχή (quantum supremacy). Σε γενικές γραμμές, μπορούμε να κατανοήσουμε την έννοια αυτή ως το ορόσημο που επιτυγχάνεται όταν ένας κβαντικός υπολογιστής είναι σε θέση να λύσει ένα πρόβλημα ταχύτερα από έναν κλασικό υπερυπολογιστή.
Το επίτευγμα της ομάδας Martinis προκάλεσε έναν ατελείωτο αριθμό συζητήσεων σχετικά με τις συνθήκες υπό τις οποίες επιτεύχθηκε και την πραγματική του σημασία, αλλά έδειξε σαφώς ότι η Google αφιερώνει πολλούς πόρους στους κβαντικούς υπολογιστές. Και ο Willow, ο κβαντικός επεξεργαστής της εταιρείας, το επιβεβαιώνει. Δεν είναι ένα κβαντικό chip με τα περισσότερα υπεραγώγιμα qubits (έχει 105), ωστόσο, σύμφωνα με την Google αυτός ο επεξεργαστής δείχνει ότι η εκθετική διόρθωση των κβαντικών σφαλμάτων είναι δυνατή.
Το κύριο πρόβλημα που αντιμετωπίζουν οι κβαντικοί υπολογιστές στον τομέα της διόρθωσης σφαλμάτων είναι ο θόρυβος, ο οποίος νοείται ως διαταραχές που μπορούν να μεταβάλουν την εσωτερική κατάσταση των qubits και να εισάγουν σφάλματα υπολογισμού. Η στρατηγική που επιλέγουν πολλές από τις ερευνητικές ομάδες που ασχολούνται με την ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστών είναι η παρακολούθηση των πράξεων που εκτελούν τα qubits για τον εντοπισμό των σφαλμάτων σε πραγματικό χρόνο και τη διόρθωσή τους. Το πρόβλημα είναι ότι από πρακτική άποψη αυτή η στρατηγική είναι πολύ δύσκολη.
Ο Willow, ο κβαντικός επεξεργαστής που μόλις παρουσίασε η Google, επαναδιατυπώνει αυτή την προσέγγιση. Και είναι ότι, σύμφωνα με τους δημιουργούς του, είναι σε θέση να μειώσει τα σφάλματα εκθετικά όσο αυξάνεται ο αριθμός των qubits. Ακούγεται σπουδαίο, αλλά, στην πραγματικότητα, είναι ακόμη πιο σημαντικό απ’ ό,τι φαίνεται. Και μέχρι τώρα, καθώς αυξανόταν ο αριθμός των qubits ενός κβαντικού υπολογιστή, ήταν πολύ πιο δύσκολο να διατηρηθεί υπό έλεγχο ο θόρυβος και η αλληλεπίδραση μεταξύ τους, προκειμένου να διορθωθούν τα σφάλματα.
Οι ερευνητές της Google εξηγούν με κάθε λεπτομέρεια πώς εξακρίβωσαν ότι, πράγματι, η τεχνολογία που εφάρμοσαν στον κβαντικό επεξεργαστή Willow φτάνει σε εκθετική μείωση του ποσοστού σφαλμάτων. Αυτό το ορόσημο είναι γνωστό ως «είναι κάτω από το κατώφλι» και έχει μια πολύ σημαντική συνέπεια: ο κβαντικός υπολογιστής δεν θα συμπεριφέρεται ποτέ όπως ένας κλασικός υπολογιστής, οπότε δεν θα χάσει το πλεονέκτημα που του δίνει η κβαντική του φύση.
Επιπλέον, στα χαρτιά, όταν η Google είναι σε θέση να αυξήσει δραστικά τον αριθμό των qubits των κβαντικών τσιπ της, η τεχνολογία διόρθωσης σφαλμάτων σε πραγματικό χρόνο θα επιτρέψει στο κβαντικό hardware της να αντιμετωπίσει ένα πολύ ευρύ φάσμα προβλημάτων. Αυτό το ορόσημο θα σηματοδοτήσει κατά πάσα πιθανότητα την άφιξη πλήρως λειτουργικών κβαντικών υπολογιστών. Ωστόσο, ο Willow έχει καταγράψει ένα ακόμη: έχει λύσει έναν τυπικό υπολογισμό αναφοράς που χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της ικανότητας των κβαντικών υπολογιστών σε λιγότερο από πέντε λεπτά. Σύμφωνα με την Google, ένας από τους ισχυρότερους υπερυπολογιστές που είναι διαθέσιμοι σήμερα θα χρειαζόταν 10 επτάκις εκατομμύρια χρόνια για να εκτελέσει τον ίδιο υπολογισμό. Ο αριθμός αυτός υπερβαίνει κατά πολύ την ηλικία του Σύμπαντος.
Το επόμενο βήμα που σκοπεύουν να κάνουν οι μηχανικοί της Google είναι πολύ φιλόδοξο: θέλουν να πραγματοποιήσουν έναν πρώτο χρήσιμο υπολογισμό πέρα από τους κλασικούς υπολογισμούς. Αυτό σημαίνει απλώς ότι έχουν βάλει στόχο να χρησιμοποιήσουν το κβαντικό hardware τους για να λύσουν ένα πραγματικό πρόβλημα που δεν μπορεί να αντιμετωπιστεί με έναν κλασικό υπερυπολογιστή.
Είναι προφανές ότι για την επίτευξη αυτού του σκοπού χρειάζονται έναν κβαντικό επεξεργαστή με πολύ περισσότερα qubits, αλλά υποστηρίζουν ότι η τεχνολογία του Willow θα το καταστήσει εφικτό στο μέλλον. Ελπίζω να τα καταφέρουν. Αν είναι έτσι, θα κερδίσουμε όλοι, διότι αυτές οι μηχανές μπορούν πιθανώς να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη νέων φαρμάκων, τον σχεδιασμό αποδοτικότερων μπαταριών ή την προώθηση της άφιξης της ενέργειας πυρηνικής σύντηξης, μεταξύ πολλών άλλων εφαρμογών.
[via]
