Η κβαντική βαρύτητα φέρνει πιο κοντά τον κόσμο των αλάνθαστων κβαντικών υπολογιστών
Ο χώρος της κβαντικής πληροφορικής βρίσκεται εδώ και χρόνια στο επίκεντρο έντονης επιστημονικής συζήτησης. Για πολλούς ερευνητές, οι κβαντικοί υπολογιστές υπόσχονται να αλλάξουν ριζικά τον τρόπο με τον οποίο λύνουμε πολύπλοκα προβλήματα, από τη φαρμακολογία μέχρι την τεχνητή νοημοσύνη. Ωστόσο, δεν λείπουν και οι φωνές που αντιμετωπίζουν την πρόοδο με σκεπτικισμό, προειδοποιώντας ότι η υπόσχεση της ανώτερης υπολογιστικής ισχύος ίσως να μην υλοποιηθεί ποτέ πλήρως.
Ένας από τους πιο αυστηρούς επικριτές είναι ο Ισραηλινός μαθηματικός Gil Kalai, καθηγητής στο Yale University. Ο Kalai υποστηρίζει ότι, όσο τα κβαντικά συστήματα γίνονται πιο πολύπλοκα, τόσο θα τείνουν να συμπεριφέρονται σαν κλασικοί υπολογιστές. Με άλλα λόγια, η πολυδιαφημισμένη υπεροχή τους κινδυνεύει να εξαφανιστεί. Αυτή η άποψη δεν είναι απομονωμένη, αλλά αντηχεί σε τμήματα της επιστημονικής κοινότητας που θεωρούν ότι οι πρακτικές δυσκολίες είναι ανυπέρβλητες.
Παρά τις ενστάσεις αυτές, η έρευνα συνεχίζεται με έντονους ρυθμούς και σημαντικές εξελίξεις. Ερευνητικές ομάδες σε ιδρύματα όπως το CSIC στην Ισπανία, αλλά και σε κολοσσούς με τεράστιους πόρους όπως η IBM, η Google και η Intel, δηλώνουν αισιόδοξες. Οι εταιρείες αυτές επιμένουν ότι η πολυπόθητη διόρθωση λαθών θα φτάσει και θα επιτρέψει στα κβαντικά συστήματα να ξεπεράσουν τους περιορισμούς των σημερινών πρωτοτύπων.
Το μεγαλύτερο εμπόδιο που αντιμετωπίζουν οι κβαντικοί υπολογιστές είναι ο θόρυβος, δηλαδή οι διαταραχές που επηρεάζουν την εσωτερική κατάσταση των qubits και οδηγούν σε σφάλματα στους υπολογισμούς. Η συνήθης στρατηγική διόρθωσης στηρίζεται στην παρακολούθηση των πράξεων των qubits σε πραγματικό χρόνο, ώστε να εντοπίζονται και να διορθώνονται τα λάθη. Ωστόσο, από πρακτικής άποψης, αυτή η διαδικασία είναι εξαιρετικά δύσκολη και απαιτεί τεράστιους πόρους.
Σε αυτό το πλαίσιο μπαίνει στο προσκήνιο η ιδέα των λογικών qubits. Σε αντίθεση με τα φυσικά qubits, που είναι πολύ ευαίσθητα στον θόρυβο, τα λογικά qubits προσφέρουν μια μορφή «αφηρημένης» κωδικοποίησης. Κάθε λογικό qubit χτίζεται πάνω σε πολλαπλά φυσικά qubits, έτσι ώστε ένα μόνο κομμάτι κβαντικής πληροφορίας να ενσωματώνεται με πλεονασμό. Αυτός ο πλεονασμός επιτρέπει την ανίχνευση και διόρθωση λαθών, αυξάνοντας τη σταθερότητα του συστήματος.
Μια νέα προσέγγιση σε αυτήν την κατεύθυνση προέρχεται από την ελβετική εταιρεία Terra Quantum. Η στρατηγική της δεν αντικαθιστά τις υπάρχουσες μεθόδους διόρθωσης, αλλά λειτουργεί συμπληρωματικά. Η τεχνολογία QMM (Quantum Memory Matrix) που ανέπτυξε καταφέρνει, σύμφωνα με δημοσίευση στο περιοδικό Advanced Quantum Technologies, να μειώνει τα λάθη έως και 35% στα υπάρχοντα κβαντικά συστήματα. Επιπλέον, επιτυγχάνει πιστότητα 94%, χρησιμοποιώντας δέκα φορές λιγότερα qubits σε σχέση με τις συμβατικές μεθόδους. Σημαντικό είναι ότι το άρθρο αυτό έχει υποβληθεί σε αξιολόγηση από ομότιμους επιστήμονες, γεγονός που ενισχύει την αξιοπιστία του.
Η Terra Quantum δοκίμασε την τεχνολογία της σε υπεραγώγιμους επεξεργαστές της IBM και τα αποτελέσματα ήταν θετικά. Το μόνο που χρειάζεται είναι η προσθήκη ενός κβαντικού κυκλώματος, χωρίς να αλλοιώνεται η αρχιτεκτονική του επεξεργαστή. Η καινοτομία βρίσκεται στον τρόπο λειτουργίας του κυκλώματος, το οποίο είναι εμπνευσμένο από μια αρχή της κβαντικής βαρύτητας. Σύμφωνα με αυτήν, το συνεχές του χωροχρόνου μπορεί να περιγραφεί ως ένα δίκτυο από πεπερασμένες κυψέλες μνήμης.
Η ιδέα μπορεί να ακούγεται περίπλοκη, όμως η ουσία είναι ότι ένα θεωρητικό εργαλείο της Φυσικής ενέπνευσε μια πρακτική εφαρμογή με μετρήσιμα αποτελέσματα. Έτσι, η Terra Quantum καταφέρνει να συμβάλει ουσιαστικά στην αντιμετώπιση ενός από τα μεγαλύτερα εμπόδια της κβαντικής πληροφορικής: την καταστολή των σφαλμάτων.
Η πρωτοβουλία αυτή δεν είναι μεμονωμένη. Ολόκληρη η ερευνητική κοινότητα, από το MIT μέχρι την IBM, εργάζεται για να βελτιώσει την αξιοπιστία των κβαντικών υπολογιστών. Οι πρόοδοι που παρουσιάζονται δείχνουν ότι η αισιοδοξία έχει βάση.
[via]
