Η VTT, μια φινλανδική ερευνητική ομάδα, ανακοίνωσε τον περασμένο μήνα ότι συνέδεσε έναν μικρό κβαντικό υπολογιστή με τον ισχυρότερο υπερυπολογιστή της Ευρώπης.
Ο κβαντικός υπολογιστής της VTT είναι μια μηχανή 5qubit που ονομάζεται HELMI, και ο LUMI είναι ένας πανευρωπαϊκός υπερυπολογιστής που κατατάσσεται τρίτος στη λίστα Top500. Και οι δύο βρίσκονται στη Φινλανδία. Ο συνδυασμός των καλύτερων λειτουργιών του HELMI και του LUMI για την παροχή υβριδικών υπηρεσιών επιτρέπει στους ερευνητές να χρησιμοποιούν καλύτερα τις μοναδικές υπολογιστικές ιδιότητες του κβαντικού υπολογιστή – και, κυρίως, να μάθουν πώς να τις εκμεταλλεύονται για την επίλυση μελλοντικών προβλημάτων.
Οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν θεωρητικά να εκτελούν ορισμένες λειτουργίες και να ολοκληρώνουν διάφορες εργασίες πολύ ταχύτερα από τους παραδοσιακούς υπολογιστές, αλλά απέχουν ακόμη πολύ από το να αξιοποιήσουν πλήρως τις δυνατότητές τους. Ενώ ένας παραδοσιακός υπολογιστής χρησιμοποιεί δυαδικά bits – που μπορεί να είναι 0 (μηδέν) ή 1 – για να εκτελέσει όλους τους υπολογισμούς του, οι κβαντικοί υπολογιστές χρησιμοποιούν qubits που μπορεί να είναι 0 (μηδέν), 1 ή και τα δύο ταυτόχρονα.
Όσο δύσκολο κι αν ακούγεται αυτό, τα πράγματα περιπλέκονται ακόμη περισσότερο αν αναλογιστεί κανείς ότι τα qubits μπορούν να περιστρέφονται και να χειρίζονται με άλλους κβαντικούς τρόπους, έτσι ώστε να μεταφέρουν πρόσθετες πληροφορίες. Αυτό σημαίνει ότι οι κβαντικοί υπολογιστές δεν είναι απλώς ένας «συνηθισμένος υπολογιστής» με ένα επιπλέον ψηφίο, αλλά παρέχουν έναν εντελώς διαφορετικό τρόπο εργασίας, που έχει, φυσικά, πλεονεκτήματα αλλά και αδυναμίες.
Στη στήλη των πλεονεκτημάτων, οι κβαντικοί υπολογιστές είναι σε θέση να διευκολύνουν σημαντικά τις απίστευτα δύσκολες, προς το παρόν, υπολογιστικές εργασίες που συνήθως περιλαμβάνουν την επίλυση προβλημάτων γραμμικής άλγεβρας. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η παραγοντοποίηση, όπου ο υπολογιστής πρέπει να διαιρέσει έναν απίστευτα μεγάλο αριθμό στους δύο αριθμούς που ισούνται με αυτόν όταν πολλαπλασιαστούν μαζί [π.χ. οι παράγοντες του 21 είναι το 3 και το 7].
Αυτή είναι μια απίστευτα απαιτητική σε πόρους εργασία για τους παραδοσιακούς υπολογιστές, γι’ αυτό και βρίσκεται στον πυρήνα σχεδόν κάθε αλγορίθμου κρυπτογράφησης που χρησιμοποιείται ευρέως σήμερα. Όλοι οι κωδικοί πρόσβασης, οι τραπεζικές συναλλαγές και τα σημαντικά εταιρικά μυστικά, «προστατεύονται», αλλά ταυτόχρονα οι σημερινοί υπολογιστές είναι κάπως «άχρηστοι» στην παραγοντοποίηση μεγάλων αριθμών – άρα, και η κρυπτογράφηση είναι περιορισμένη. Όμως, ένας κβαντικός υπολογιστής, είναι θεωρητικά πολύ καλύτερος στην παραγοντοποίηση μεγάλων αριθμών και ένας αρκετά ισχυρός υπολογιστής θα μπορούσε να διαπεράσει τα τωρινά επίπεδα κρυπτογράφησης που προστατεύουν την ψηφιακή ζωή ατόμων, κρατών και οργανισμών. Γι’ αυτό το λόγο η κυβέρνηση των ΗΠΑ επενδύει στην ανάπτυξη κρυπτογραφικών αλγορίθμων ανθεκτικών στους κβαντικούς υπολογιστές.
Η παραβίαση της κρυπτογράφησης είναι μόνο η κορυφή του παγόβουνου όσον αφορά αυτά που μπορούν να αντιμετωπίσουν αυτές οι μηχανές. Οι κβαντικοί υπολογιστές υπόσχονται, επίσης, τη μοντελοποίηση πολύπλοκων φαινομένων στη φύση, την ανίχνευση απάτης με πιστωτικές κάρτες, την ανακάλυψη νέων υλικών και φαρμάκων. Σύμφωνα με την VTT, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την πρόβλεψη βραχυπρόθεσμων γεγονότων, όπως ο καιρός ή εμπορικά πρότυπα.
Στη στήλη των μειονεκτημάτων, οι κβαντικοί υπολογιστές είναι δύσκολοι στη χρήση, απαιτούν πολύ ελεγχόμενες εγκαταστάσεις για να λειτουργήσουν – μια ελάχιστη αλλαγή στην θερμοκρασία θα μπορούσε να προκαλέσει απώλεια κβαντικών qubits – και έχουν να αντιμετωπίσουν την «αποσυγκέντρωση» ή την απώλεια της κβαντικής τους κατάστασης, η οποία δίνει περίεργα αποτελέσματα. Είναι επίσης σπάνιοι, ακριβοί και για τις περισσότερες εργασίες πολύ λιγότερο αποδοτικοί από έναν παραδοσιακό υπολογιστή.
Παρόλα αυτά, πολλά από αυτά τα ζητήματα μπορούν να αντισταθμιστούν συνδυάζοντας έναν κβαντικό υπολογιστή με έναν «παραδοσιακό» υπολογιστή, όπως ακριβώς έκανε η VTT. Οι ερευνητές μπορούν να δημιουργήσουν έναν υβριδικό αλγόριθμο που θα βάζει τον LUMI, τον παραδοσιακό υπερυπολογιστή, να χειρίζεται τα μέρη που κάνει καλύτερα, ενώ θα παραδίδει οτιδήποτε θα μπορούσε να επωφεληθεί από τον κβαντικό υπολογισμό στον HELMI. Ο LUMI μπορεί στη συνέχεια να ενσωματώσει τα αποτελέσματα των κβαντικών υπολογισμών του HELMI, να εκτελέσει οποιουσδήποτε επιπλέον υπολογισμούς είναι απαραίτητοι ή ακόμη και να στείλει περισσότερους υπολογισμούς στον HELMI και να επιστρέψει τα πλήρη αποτελέσματα στους ερευνητές.
Πρόσφατα, μια επιστημονική ομάδα στο Broomfield του Ντένβερ, που δημοσίευσε την έρευνά της στο Nature, έκανε αναφορά στις δυνατότητες των κβαντικών υπολογιστών, λέγοντας πως «Μπορείτε να βάλετε το σύστημα [του κβαντικού υπολογιστή] να συμπεριφέρεται σαν να υπάρχουν δύο διαφορετικές κατευθύνσεις στον χρόνο». Στο πείραμα αυτό, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το μοτίβο Fibonacci – μια ακολουθία αριθμών όπου κάθε αριθμός είναι το άθροισμα των δύο προηγούμενων [0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34 κ.ο.κ] – για την μετάδοση των qubit μέσω από δέσμες λέιζερ μεταξύ δύο άκρων.
Η Φινλανδία είναι πλέον ένα από τα λίγα κράτη στον κόσμο που διαθέτουν ταυτόχρονα κβαντικό υπολογιστή και υπερυπολογιστή, και ο LUMI είναι ο ισχυρότερος υπερυπολογιστής με κβαντική τεχνολογία. Ενώ οι κβαντικοί υπολογιστές απέχουν ακόμη πολύ από το να είναι ευρέως εμπορικά βιώσιμοι, αυτού του είδους τα ολοκληρωμένα ερευνητικά προγράμματα είναι πιθανό να επιταχύνουν την πρόοδο γενικότερα. Η VTT αναπτύσσει επί του παρόντος έναν κβαντικό υπολογιστή 20qubit με μια αναβάθμιση 50qubit που έχει προγραμματιστεί για το 2024.
Με πληροφορίες από: Popular Science, Gizmodo, Inverse
