Με μια ερευνητική δημοσίευση στο περιοδικό Nature, η Google ανακοίνωσε επίσημα ότι πέτυχε την αποκαλούμενη «κβαντική υπεροχή» (quantum supremacy). Η είδηση σχολιάζεται ήδη από επιστήμονες σε όλον τον κόσμο, μια και το θέμα είναι πολύ σημαντικό, αν και κάπως εξωτικό και με αρκετό παρασκήνιο.

Ας τα πάρουμε από την αρχή. Το άρθρο των ερευνητών της Google, που εργάζονται στη θυγατρική της Google AI Quantum, έχει τίτλο "Quantum supremacy using a programmable superconducting processor" (δείτε το εδώ) και δημοσιεύθηκε σήμερα (σσ. 23 Οκτωβρίου). Στο άρθρο τους οι επιστήμονες, με επικεφαλής τον Τζον Μαρτίνις, ερευνητή της θυγατρικής Google AI Quantum και καθηγητή Φυσικής του πανεπιστημίου της Καλιφόρνια-Σάντα Μπάρμπαρα, ουσιαστικά επιβεβαιώνουν αυτό που είχε κυκλοφορήσει πριν ένα μήνα περίπου ως φήμη όταν ένα αντίστοιχο paper της Google AI Quantum για την επίτευξη κβαντικής υπεροχής δημοσιεύτηκε κατά λάθος πιο νωρίς! Τώρα, η είδηση είναι επίσημη, καθώς το επιστημονικό άρθρο δημοσιεύθηκε κανονικά στο Nature και η αμερικάνικη εταιρεία έδωσε δημόσια όλες τις λεπτομέρειες της έρευνας με άρθρο στο blog της, ώστε η επιστημονική κοινότητα να μπορεί να ελέγξει πλήρως και να επιβεβαιώσει όσα λέει η Google ότι πέτυχε.

Τι είναι αυτή η «κβαντική υπεροχή» που πέτυχε η Google

Όπως εξηγεί ο CEO της Google σε δικό του άρθρο, η «κβαντική υπεροχή» είναι ένα ορόσημο που σημαίνει ότι υπάρχει πλέον κβαντικός υπολογιστής που μπορεί να λύσει ένα πρόβλημα για το οποίο ένας συμβατικός υπολογιστής ή υπερυπολογιστής θα χρειαζόταν πάρα πολύ περισσότερο χρόνο (σε σημείο να μην είναι καν πρακτικό να χρησιμοποιηθεί γι' αυτή τη δουλειά).

Στην πράξη, η Google λέει ότι κατασκεύασε έναν κβαντικό επεξεργαστή, τον Sycamore, με 54-qubit ο οποίος μπορεί να εκτελέσει σε 200 δευτερόλεπτα έναν υπολογισμό για τον οποίο ο ισχυρότερος υπερυπολογιστής στον κόσμο θα χρειαζόταν... 10.000 χρόνια. Με άλλα λόγια, ο υπολογισμός αυτός, που περιλαμβάνει τυχαίους αριθμούς, είναι ουσιαστικά αδύνατος σε έναν παραδοσιακό, μη κβαντικό, υπολογιστή.

Quantum Supremacy

Τι είναι τα qubits

Το qubit είναι η συντομογραφία για quantum bit, δηλαδή ένα «διφύο» που όμως έχει τρία states: 0, 1 και 0/1 ταυτόχρονα. Δύο qubits εχουν όμως 8 δυνατά states και από κει και πέρα η πρόοδος είναι γεωμετρική...

Ομως αυτά τα κβαντικά bits εχουν και ένα πολύ βασικό πρόβλημα: απαιτείται ιδιαίτερος έλεγχος ώστε να μην κάνουν λάθη. Η ερευνητική ομάδα της Google υποστηρίζει ότι πέτυχε ποσοστό αξιοπιστίας 99,99% στους υπολογισμούς του Sycamore. Και πάλι όμως αυτό δεν είναι 100%, ώστε να έχουν οι υπολογισμοί να έχουν απόλυτη αξιοπιστία. Επίσης, στον Sycamore το ένα από τα 54 qubits δεν λειτούργησε κανονικά, οπότε απέμειναν 53.

Πόσο σημαντικό είναι το quantum supremacy

Η εξέλιξη αυτή θεωρείται τόσο σημαντική που κάποιοι στην ερευνητική κοινότητα έφτασαν στο σημείο, όπως αναφέρουν οι The New York Times, να παρομοιάσουν το επίτευγμα της Google με την... πρώτη αεροπορική πτήση των αδελφών Wright το 1903. Στην πράξη βέβαια, θα χρειαστούν αρκετά χρόνια μέχρι οι κβαντικοί υπολογιστές να γίνουν χρήσιμοι για πρακτικές ή καθημερινές δουλειές ή να εκτοπίσουν τους συμβατικούς υπολογιστές (αρκεί να δείτε τον κβαντικό υπολογιστή στο παρακάτω βίντεο και θα καταλάβετε το γιατί). Ωστόσο, το επίτευγμα της Google είναι από μόνο του ιδιαίτερα σημαντικό γιατί δείχνει ότι ένα τέτοιο μέλλον, όπου οι κβαντικοί υπολογιστές θα έχουν πάρει πραγματικά τα πρωτεία από τους συμβατικούς υπολογιστές, είναι εφικτό τελικά.

Από την πλευρά της η IBM, που έχει κατασκευάσει τον ταχύτερο συμβατικό υπερυπολογιστή του κόσμου και ταυτόχρονα είναι ένας βασικός ανταγωνιστής της Google στο πεδίο των κβαντικών υπολογιστών (έχει κατασκευάσει και το δικό της επεξεργαστή με 54 qubits), έσπευσε να υποβαθμίσει τη σημασία αυτού που πέτυχαν οι ερευνητές της Google. Σε άρθρο στο δικό της blog, που δημοσιεύθηκε πριν την ανακοίνωση της Google, η ΙΒΜ αναφέρει ότι ο συγκεκριμένος υπολογισμός θα μπορούσε να εκτελεστεί σε ένα συμβατικό υπερυπολογιστή σε 2,5 ημέρες και όχι στα 10.000 χρόνια που ισχυρίζεται η Google. Κι αυτό γιατί, υποστήριξε στο άρθρο, η Google δεν έλαβε υπόψη της «τον άφθονο αποθηκευτικό χώρο» που διαθέτουν οι υπερυπολογιστές, για να «μετρήσει» πόσο χρόνο θα χρειαζόταν ένας παραδοσιακός υπερυπολογιστής για να εκτελέσει τον υπολογισμό. Παράλληλα, η IBM χρησιμοποιεί τον αυθεντικό ορισμό για το quantum supremacy (όπως τον πρότεινε ο John Preskill που επινόησε τον όρο το 2012). Ο ορισμός του Preskill και της IBM βάζει τον πήχη πιο ψηλά, καθώς θεωρεί κβαντική υπεροχή το σημείο εκείνο στο οποίο ένας κβαντικός υπολογιστής θα μπορεί να κάνει πράγματα που οι κλασικοί υπολογιστές δεν θα μπορούν να κάνουν καθόλου. Ουσιαστικά δηλαδή η IBM λέει ότι το επίτευγμα της Google είναι κάτι λιγότερο από την «πραγματική» κβαντική υπεροχή. Ποιος έχει δίκιο; Δεν ξέρουμε.

Δείτε όμως το βίντεο της Google για το quantum supremacy και βγάλτε τα δικά σας συμπεράσματά: