Η πρόοδος της κβαντικής πληροφορικής εγκαινιάζει μια νέα εποχή σύμφωνα με την IBM

Οι ερευνητές της IBM ανακοίνωσαν μια σημαντική ανακάλυψη στην κβαντική πληροφορική που αντιμετωπίζει την αναξιοπιστία των κβαντικών υπολογιστών. Ενώ οι σημερινοί κβαντικοί υπολογιστές είναι μικροί και επιρρεπείς στο να παράγουν διαφορετικά αποτελέσματα για τον ίδιο υπολογισμό, διαθέτουν τη μοναδική ικανότητα να εξετάζουν ταυτόχρονα πολλές πιθανότητες. Η μέθοδος της IBM αντιμετωπίζει το ζήτημα της αναξιοπιστίας και ανοίγει το δρόμο για αξιόπιστες και χρήσιμες απαντήσεις. Η εξέλιξη αυτή σηματοδοτεί ένα σημαντικό βήμα προς τον σοβαρό κβαντικό αλγοριθμικό σχεδιασμό.

Οι κβαντικοί υπολογιστές λειτουργούν με qubits, τα οποία μπορούν να αναπαριστούν ταυτόχρονα το 1 και το 0, σε αντίθεση με τους κλασικούς υπολογιστές που ασχολούνται με δυαδικά bits. Αυτό επιτρέπει στους κβαντικούς υπολογιστές να εκτελούν πολλαπλούς υπολογισμούς σε ένα μόνο πέρασμα, επιλύοντας δυνητικά πολύπλοκα προβλήματα σε τομείς όπως η χημεία και η επιστήμη των υλικών. Ωστόσο, οι κβαντικοί υπολογιστές αποτελούν επίσης απειλή για την ιδιωτική ζωή, λόγω της δυνατότητάς τους να παραβιάζουν αλγόριθμους κρυπτογράφησης.

Το 2019, η Google ισχυρίστηκε ότι πέτυχε "κβαντική υπεροχή" ολοκληρώνοντας έναν υπολογισμό σε 3 λεπτά και 20 δευτερόλεπτα, ο οποίος θα χρειαζόταν περίπου 10.000 χρόνια σε έναν συμβατικό υπερυπολογιστή. Ωστόσο, ο ισχυρισμός αυτός αμφισβητήθηκε από την IBM και άλλους ερευνητές, οι οποίοι θεώρησαν το πρόβλημα επινοημένο. Κινέζοι ερευνητές κατάφεραν να εκτελέσουν τον ίδιο υπολογισμό σε έναν μη κβαντικό υπερυπολογιστή σε λίγο περισσότερο από πέντε λεπτά.

Η πρόσφατη μελέτη των επιστημόνων της ΙΒΜ επικεντρώθηκε στην προσομοίωση της συμπεριφοράς 127 μαγνητών ράβδων ατομικής κλίμακας, ένα πολύπλοκο πρόβλημα που δεν μπορεί να επιλυθεί από συμβατικούς υπερυπολογιστές. Χρησιμοποιώντας έναν κβαντικό επεξεργαστή με 127 qubits, ολοκλήρωσαν τον υπολογισμό σε λιγότερο από ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου, παρά τον εγγενή θόρυβο και τα σφάλματα στους κβαντικούς υπολογισμούς. Οι ερευνητές ανέπτυξαν μια διαδικασία που ονομάζεται μετριασμός σφαλμάτων, η οποία αφαιρεί τις επιπτώσεις του θορύβου από τους αναξιόπιστους κβαντικούς υπολογισμούς.

Για να επικυρώσουν την ακρίβεια των αποτελεσμάτων τους, η ομάδα της IBM συνεργάστηκε με φυσικούς από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ. Σε περιπτώσεις όπου οι κλασικοί και οι κβαντικοί αλγόριθμοι παρήγαγαν διαφορετικές απαντήσεις, διαπιστώθηκε ότι η κβαντική λύση ήταν σωστή για τις πιο σύνθετες περιπτώσεις. Αν και παραμένει αβέβαιο αν η κβαντική υπολογιστική είναι ανώτερη από τις κλασικές τεχνικές για το μοντέλο Ising, ο μετριασμός των σφαλμάτων θεωρείται ως μια ενδιάμεση λύση μέχρι να γίνει εφικτή η διόρθωση σφαλμάτων.

Το επίτευγμα της IBM ανοίγει την πόρτα στη χρήση κβαντικών υπολογιστών για όλο και πιο πολύπλοκα προβλήματα πέρα από το μοντέλο Ising, όπως η μελέτη εξωτικών υλικών, η επιτάχυνση της ανακάλυψης φαρμάκων και η μοντελοποίηση αντιδράσεων σύντηξης. Ενώ η διόρθωση σφαλμάτων αναμένεται να είναι η τελική λύση, απαιτεί εξελίξεις στην τεχνολογία των επεξεργαστών και απέχει ακόμη χρόνια. Εν τω μεταξύ, ο μετριασμός των σφαλμάτων επιτρέπει στην κβαντική πληροφορική να σημειώσει πρόοδο στην επίλυση προκλήσεων του πραγματικού κόσμου.