Θεωρητικοί φυσικοί, μηχανικοί υπολογιστών, μοριακοί βιολόγοι και επιστήμονες κάθε ειδικότητας αναφέρονται σε αυτούς με την ίδια συγκίνηση που νιώθει ένας ιστορικός της τέχνης όταν στέκεται μπροστά στην Αφροδίτη της Μήλου. Ο λόγος για τους κβαντικούς υπολογιστές, το για δεκαετίες «ποθούμενο» της επιστημονικής κοινότητας, οι μηχανές που με την ασύλληπτη ισχύ τους θα είναι ικανές να ξεκλειδώσουν τα μεγαλύτερα μυστήρια τόσο του μακρόκοσμου όσο και του μικρόκοσμου. Μόλις, όμως, ξεπεράσουμε ένα βασικό πρόβλημα: να τους κατασκευάσουμε.
Κολοσσοί της τεχνολογίας προσπαθούν εδώ και δεκαετίες να δαμάσουν τις εν πολλοίς ακατανόητες δυνάμεις που επικρατούν στον κόσμο των κβάντων, προκειμένου να «στήσουν» έναν πλήρως λειτουργικό κβαντικό υπολογιστή.
Ομολογουμένως, κάποια πρόοδος έχει συντελεστεί. To 2019 η ΙΒΜ παρουσίασε τον Q System One, ενώ o κβαντικός επεξεργαστής Sycamore της Google εκτέλεσε μέσα σε μόλις τρία λεπτά και 20 δευτερόλεπτα έναν υπολογισμό που θεωρητικά ο ισχυρότερος συμβατικός υπερυπολογιστής θα χρειαζόταν περίπου 10.000 χρόνια για να λύσει. Ομως η υλοποίηση ενός κβαντικού υπολογιστή, εξίσου σταθερού με τα PC που διαθέτουμε σήμερα, φαντάζει ακόμα μακρινό όνειρο. Ή μήπως όχι και τόσο;
Στις 6 Απριλίου η αμερικανική startup PsiQuantum -εκ του ελληνικού γράμματος «Ψ»- ανακοίνωσε ότι έλαβε χρηματοδότηση 215 εκατομμυρίων δολαρίων από τη Microsoft, με την υπόσχεση να δημιουργήσει το πρώτο πλήρως λειτουργικό κβαντικό υπολογιστικό σύστημα μέσα στα επόμενα χρόνια.
Μία ακόμη επένδυση σε ένα ακόμα σχέδιο, θα μπορούσε ισχυριστεί κανείς. Ωστόσο τα πράγματα στην περίπτωση της Psi διαφοροποιούνται. Και αυτό γιατί η εταιρεία ακολουθεί μια εντελώς νέα προσέγγιση, υποσχόμενη ότι ο δικός της κβαντικός υπολογιστής θα διαθέτει ένα εκατομμύριο qubits φωτονίων. Οσο τρομακτικά δυσνόητος μπορεί να ακούγεται ο παραπάνω όρος, άλλο τόσο ενδιαφέρων είναι. Σε σημείο που να «καταντά» όμορφος.
Η χορογραφία του φωτός
Οι κλασικοί υπολογιστές επεξεργάζονται όλες τις πληροφορίες βασιζόμενοι μόνο σε δύο ψηφία: Το 0 και το 1. Πρόκειται για το λεγόμενο δυαδικό σύστημα με bits, όπου κάθε πληροφορία μπορεί να εκφραστεί είτε ως 0 είτε ως 1. Τα qubits έχουν μία εξωτική ιδιότητα που τα διαφοροποιεί από τα συμβατικά bits. Ενώ το bit μπορεί να βρίσκεται κάθε φορά σε μία συγκεκριμένη κατάσταση, 0 ή 1, το qubit μπορεί να βρίσκεται στην κατάσταση 0, 1 ή και στις δύο καταστάσεις ταυτόχρονα. Ετσι, ένας κβαντικός υπολογιστής μπορεί να εκτελέσει πολλαπλές διεργασίες - υπολογισμούς ταυτόχρονα. Αυτό σημαίνει απίστευτα μεγαλύτερη ισχύ, ικανή να προσομοιώσει την εξέλιξη της πιο περίπλοκης ασθένειας ή τη Μεγάλη Εκρηξη. Οι θαυμαστοί μικρόκοσμοι και μακρόκοσμοι που λέγαμε.
Η προσέγγιση της Psi διαφέρει θεμελιωδώς από τις έως τώρα εφαρμογές της κβαντικής υπολογιστικής και πάει τη χορογραφία των κβάντων στο επόμενο επίπεδο.
Ο κβαντικός εγκέφαλος που αναπτύσσει η εταιρεία βασίζεται σε ένα τσιπ πυριτίου το οποίο τέμνει τα μικροσκοπικά κάτοπτρα. Τα φωτόνια ταξιδεύουν εντός του τσιπ και τα κάτοπτρα τα «σπρώχνουν» στη λεγόμενη κατάσταση «κβαντικής διεμπλοκής», διευκολύνοντας έτσι τους υπολογισμούς. Ενας αισθητήρας που μετρά τα εμπλεγμένα φωτόνια επιτρέπει, τελικά, να διαβάσει τους υπολογισμούς.
Κβαντική διεμπλοκή;
Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν είχε απορρίψει αρχικά τα φαινόμενα της κβαντομηχανικής. Στον Ρίτσαντ Φέινμαν, τον φυσικό που τιμήθηκε με το Βραβείο Νόμπελ για την εργασία του στο πεδίο της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής, αποδίδεται η φράση «νομίζω ότι μπορώ να πω με βεβαιότητα ότι κανείς δεν κατανοεί την κβαντική μηχανική». Αφού, λοιπόν, αυτοί οι γίγαντες της επιστήμης δοκίμαζαν τα όριά τους με τον αλλόκοτο κόσμο των κβάντων, δεν χρειάζεται να ανησυχούμε αν εμείς δεν τον καταλαβαίνουμε. Ας απολαύσουμε, όμως, την κομψότητά του, έκφανση της οποίας είναι και η κβαντική διεμπλοκή.
Η κβαντική εμπλοκή ή συσχετισμός είναι ένα φυσικό φαινόμενο, πειραματικά επιβεβαιωμένο, κατά το οποίο δύο σωματίδια που έχουν δημιουργηθεί μαζί παραμένουν συνδεδεμένα σε «κατάσταση διεμπλοκής», ανεξάρτητα από την απόσταση που υπάρχει μεταξύ τους. Ακόμα κι αν το ένα σταλεί στην άλλη άκρη του Σύμπαντος, η όποια μεταβολή στην κατάστασή του θα επηρεάσει άμεσα το άλλο. Ετσι, η μεταβολή θα γίνει αντιληπτή από τον παρατηρητή. Με άλλα λόγια, η πληροφορία μπορεί θα ταξιδέψει με άπειρη ταχύτητα, μεγαλύτερη από αυτή του φωτός.
Φωτογραφίζοντας τη γάτα του Σρέντιγκερ
Το πιο διάσημο πείραμα για την απόδειξη της κβαντικής διεμπλοκής είναι η φωτογραφία μιας γάτας που δεν έβλεπε η κάμερα
Το 2014 ερευνητές από την Αυστριακή Ακαδημία Επιστημών στη Βιέννη απέδειξαν την ισχύ της κβαντικής διεμπλοκής, φωτογραφίζοντας το σκίτσο μιας γάτας όχι με τα φωτόνια που είχαν αλληλεπιδράσει με το σκίτσο, αλλά με τα μακρινά τους δίδυμα.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ως μοντέλο ένα σκίτσο που απεικόνιζε τη «Γάτα του Σρέντινγκερ», ένα νοητικό πείραμα που επινοήθηκε από τον Αυστριακό φυσικό και πρωτοπόρο της κβαντομηχανικής, Ερβιν Σρέντινγκερ, το 1935.
Αρχικά, οι ερευνητές δημιούργησαν συσχετισμένα ζεύγη από κίτρινα και κόκκινα φωτόνια. Στη συνέχεια «βομβάρδισαν» με τα κίτρινα φωτόνια το σκίτσο της γάτας και έστειλαν τα κόκκινα στην κάμερα, η οποία μπορούσε να ανιχνεύσει μόνο το ερυθρό φως.
Το παράδοξο είχε συμβεί: μια κόκκινη εικόνα του σκίτσου σχηματίστηκε στον αισθητήρα της κάμερας, ο φακός της οποίας δεν είχε «δει» ποτέ το ίδιο το σκίτσο. Η κβαντική διεμπλοκή είχε αποδειχθεί και είχε το σχήμα μιας… γάτας.
Ένα εκατομμύριο qubits
Η PsiQuantum υποστηρίζει ότι έχει ήδη ξεκινήσει την παραγωγή κβαντικών τσιπ, τα οποία σύμφωνα με την εταιρεία κατασκευάζονται με τις ήδη υπάρχουσες τεχνικές, ένα ακόμη πλεονέκτημα της προσέγγισης που εφαρμόζει. Παράλληλα εργάζεται για την ανάπτυξη των υπόλοιπων εξαρτημάτων που απαιτούνται για έναν κβαντικό υπολογιστή, συμπεριλαμβανομένου του εξοπλισμού δικτύωσης και του λογισμικού που θα «τρέχει». Αναμένει, δε, ότι το πλήρες σύστημα θα έχει το μέγεθος μιας αίθουσας συνεδριάσεων και θα διαθέτει ένα εκατομμύριο qubits φωτονίων. Αν τελικά η εταιρεία τηρήσει τις υποσχέσεις της, σε λίγα χρόνια θα έχουμε στα χέρια μας ένα σύστημα ασύλληπτων δυνατοτήτων. Είναι ενδεικτικό ότι η κβαντική διάταξη Sycamore της Google διαθέτει μόλις 54 qubits.
To αποτύπωμα των κβαντικών υπολογιστών σε οικονομικό και επιστημονικό επίπεδο είναι αδύνατο να υπολογιστεί. Και αυτό γιατί η υλοποίησή τους θα ανοίξει οδούς που μπορούμε μόνο να φανταστούμε. Πώς μπορείς να μετρήσεις τις επιπτώσεις από την αποκωδικοποίηση των μηχανισμών δημιουργίας και εξάπλωσης των καρκινικών κυττάρων, για παράδειγμα; Ή των μηχανισμών που θα μας επιτρέψουν να πετύχουμε μια σταθερή πυρηνική σύντηξη; Για πολλούς ειδικούς οι κβαντικοί υπολογιστές συνιστούν για την ανθρωπότητα άλμα αντίστοιχο με την ανακάλυψη του τροχού.
Δεν είναι τυχαίο το γεγονός ότι ΙΒΜ, Google, Intel και πολλές ακόμα εταιρείες σπεύδουν να τοποθετηθούν σε ένα επιστημονικό πεδίο που υπόσχεται να αλλάξει τον κόσμο. Ακόμα και η Microsoft, πέρα από την επένδυση των 215 εκατομμυρίων δολαρίων στην PsiQuantum, ξεκίνησε να αναπτύσσει τον δικό της κβαντικό υπολογιστή, χρησιμοποιώντας μια διαφορετική προσέγγιση. Σε κάθε περίπτωση, η κούρσα για το νέο Ιερό Δισκοπότηρο της πληροφορικής έχει ξεκινήσει για τα καλά.
* Το άρθρο δημοσιεύθηκε στον «Φιλελεύθερο» του Σαββάτου 11 Μαΐου
