Κβαντικός Υπολογιστής: Η δοκιμή έγινε, η χρήση του πραγματικού κόσμου είναι πολύ μακριά - Αύγουστος 2022

Στην κλασική πληροφορική, η θερμότητα συνωμοτεί με το χρόνο για να επιβάλει περιορισμούς στο δυνατό. Στην εποχή των σωλήνων κενού, οι μακροσκελές υπολογισμοί δεν μπορούσαν να ολοκληρωθούν επειδή ο εξοπλισμός θα καεί.

Κβαντικός Υπολογιστής: Η δοκιμή έγινε, η χρήση του πραγματικού κόσμου είναι πολύ μακριάΣτα μέσα Σεπτεμβρίου, μια ερευνητική εργασία που συντάχθηκε από επιστήμονες σε 14 ιδρύματα και εργαστήρια, με επικεφαλής την Google AI Quantum στο Mountain View, εμφανίστηκε σε έναν ιστότοπο της NASA. (Πηγή: Googleblog)

Η κυβέρνηση δεν χρειάζεται πλέον να ταράζεται για να αποκτήσει πρόσβαση σε ασφαλείς επικοινωνίες στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης, επειδή ο κβαντικός υπολογιστής, του οποίου η άφιξη μόλις διεκδικήθηκε , θα καταστήσει περιττή την κρυπτογραφική ασφάλεια.




david duchovny ύψος

Τι ισχυρίζεται και αμφισβητείται

Στα μέσα Σεπτεμβρίου, μια ερευνητική εργασία που συντάχθηκε από επιστήμονες σε 14 ιδρύματα και εργαστήρια, με επικεφαλής το Google AI Quantum στο Mountain View, εμφανίστηκε σε έναν ιστότοπο της NASA και εξαφανίστηκε αινιγματικά, αφήνοντας τις επιστημονικές και μαθηματικές κοινότητες να ταλαιπωρούνται ανήσυχα. Ο ενθουσιασμός τους δεν ήταν αδικαιολόγητος, γιατί η εφημερίδα είχε ισχυριστεί κβαντική υπεροχή — η ανάπτυξη μιας κβαντικής μηχανής με το όνομα Sycamore, η οποία μπορεί να λύσει προβλήματα που οι κλασικοί υπολογιστές δεν μπορούν, για πρακτικούς λόγους.

Στην κλασική πληροφορική, η θερμότητα συνωμοτεί με το χρόνο για να επιβάλει περιορισμούς στο δυνατό. Στην εποχή των σωλήνων κενού, οι μακροσκελές υπολογισμοί δεν μπορούσαν να ολοκληρωθούν επειδή ο εξοπλισμός θα καεί. Τα σύγχρονα ολοκληρωμένα κυκλώματα ημιαγωγών παράγουν επίσης θερμότητα, όχι αρκετή για να καούν, αλλά αρκετά για να επιβραδύνουν. Η Google ισχυρίζεται ότι το Sycamore δημιούργησε ένα πρόβλημα σε περίπου 200 δευτερόλεπτα, το οποίο θα χρειαζόταν έναν κορυφαίο υπερυπολογιστή περίπου 10.000 χρόνια. Τα αποτελέσματα —στην δημοσίευση που είχε εξαφανιστεί αινιγματικά— εμφανίστηκαν επίσημα στο Nature την Τετάρτη, επιβεβαιώνοντας τον ισχυρισμό ότι το όριο στην πληροφορική, που αναμενόταν από τότε που οι Paul Benioff, Richard Feynman και Yuri Manin άνοιξαν τη συζήτηση στη δεκαετία του 1980, έχει ξεπεραστεί.





Εν τω μεταξύ, ερευνητές της IBM αμφισβήτησαν το εύρημα του Sycamore, υποστηρίζοντας ότι ο κλασικός υπολογιστής υστερούσε κατά 10.000 χρόνια επειδή δεν είχε ρυθμιστεί αποτελεσματικά. Το να κλωτσάς τα ελαστικά και να καθαρίζεις τις τάπες, υποστήριξαν, θα έκλεινε το κενό με το χέρι πάνω από τη γροθιά. Το θέμα παραμένει σε εκκρεμότητα έως ότου η IBM επαναλάβει τη δοκιμή αναφοράς. Σύμφωνα με τη μέθοδο της επιστήμης, το ερώτημα παραμένει ανοιχτό μέχρι να δημοσιεύσει τα δικά του πορίσματα.



Πολλαπλές πολιτείες

Από τότε που εξήγησε ο Καναδός πρωθυπουργός Τζάστιν Τριντό κβαντικός υπολογισμός σε έναν ταλαιπωρημένο δημοσιογράφο στο Perimeter Institute of Theoretical Physics, τίποτα δεν μένει να εξηγηθεί. Αρκεί να πούμε ότι ενώ οι κλασικές μηχανές επεξεργάζονται bits πληροφοριών που αντιπροσωπεύονται από τις καταστάσεις 0 και 1, αναπαριστώντας on και off, οι κβαντικές μηχανές χειρίζονται qubits ή κβαντικά bit. Έχουν δύο ιδιότητες που μπορούν να επεξεργαστούν δεδομένα υψηλότερων τάξεων μεγέθους — υπέρθεση και εμπλοκή.



Αν και η φύση του κβαντικού και του ακαθάριστου κόσμου είναι θεμελιωδώς διαφορετική, αυτά μπορούν να απεικονιστούν με την αναλογία της γάτας του Σρέντινγκερ, ενός άτυχου ζώου παγιδευμένου σε ένα κουτί με κάτι δυνητικά θανατηφόρο, όπως ένα δοχείο τοξικού αερίου. Στον ακαθάριστο κόσμο, υποθέτουμε ότι η γάτα είναι ζωντανή μέχρι να απελευθερωθεί το αέριο και μετά είναι νεκρή. Αλλά σε κβαντικό επίπεδο, τα φαινόμενα καταρρέουν σε μία κατάσταση μόνο όταν παρατηρούνται. Σε όλες τις άλλες στιγμές, υπάρχουν σε όλες τις πιθανές καταστάσεις. Η γάτα φαίνεται να είναι νεκρή ή ζωντανή μόνο όταν ο παρατηρητής ανοίξει το κουτί. Σε όλες τις άλλες στιγμές, είναι και νεκρό και ζωντανό, σε κατάσταση υπέρθεσης. Επίσης, εάν η γάτα μπορεί να πυροδοτήσει το αέριο κατά λάθος, η κατάστασή της και η κατάσταση του δοχείου είναι άρρηκτα συνδεδεμένες.

Πρόκειται για εμπλοκή, την οποία ο Αϊνστάιν ονόμασε τρομακτική δράση από απόσταση. Δύο μπερδεμένα υποατομικά σωματίδια θα μπορούσαν να απέχουν έτη φωτός μεταξύ τους και όμως να συνδέονται. Οι κβαντικοί υπολογιστές χρησιμοποιούν αυτές τις δύο ιδιότητες για να επιτύχουν ταχύτητες και υπολογιστικούς χώρους που θα νικούσαν μια κλασική μηχανή, κωδικοποιώντας δεδομένα σε κβαντικές καταστάσεις και εκτελώντας κβαντικές λειτουργίες σε αυτήν.

Εξήγηση: Τι είναι η κβαντική υπεροχή στους υπολογιστές, που επιτυγχάνεται από την Google;Ο Sundar Pichai με έναν από τους Quantum Computers της Google στο εργαστήριο Santa Barbara, Καλιφόρνια, ΗΠΑ. (Φωτογραφία μέσω Reuters)

Χιλιόμετρα για να πάει

Τι σημαίνει η άφιξη των κβαντικών υπολογιστών για εσάς και εμένα; Οχι πολύ. Όχι αμέσως. Επειδή το Sycamore πραγματοποίησε μόνο μια δοκιμή αναφοράς που δεν έχει καμία χρήση στον πραγματικό κόσμο και η Google δεν μπορεί να την αναπτύξει για να επιτύχει παγκόσμια κυριαρχία την επόμενη εβδομάδα. Ακόμα κι αν έχει επιδείξει κβαντική υπεροχή, μπορεί να χρειαστούν χρόνια ή δεκαετίες για να είναι ελεύθερα διαθέσιμη η τεχνολογία.



Τα Qubits είναι σταθερά μόνο σε κρυογονικές θερμοκρασίες και μόνο οι κυβερνήσεις και οι μεγάλες εταιρείες μπορούν να ελπίζουν ότι θα διατηρήσουν έναν κβαντικό υπολογιστή στις εγκαταστάσεις. Οι υπόλοιποι από εμάς θα έπρεπε να εξαρτηθούμε από το cloud computing και το λογισμικό ως υπηρεσία. Δεν είναι η πιο γυαλιστερή εξέδρα, για παράδειγμα, αν φιλοδοξείτε να χάσετε τα ζωντανά φώτα της ημέρας από το Gmail.

Αρχικά, όμως, οι κυβερνήσεις και οι εταιρείες θα ήταν οι μόνοι χρήστες του κβαντικού υπολογισμού, επειδή μόνο αυτές ενδιαφέρονται για τις ερωτήσεις που απαντά. Ο κβαντικός υπολογιστής τοποθετήθηκε από τον Feynman για τη μοντελοποίηση κβαντικών συστημάτων. Τώρα, θα βρει χρήση σε εργαστήρια για συστήματα μοντελοποίησης που υπάρχουν στον πραγματικό κόσμο μόνο υπό ακραίες συνθήκες, όπως στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων.



Κβαντικός Υπολογιστής: Η δοκιμή έγινε, η χρήση του πραγματικού κόσμου είναι πολύ μακριάΈνα στοιχείο του Κβαντικού Υπολογιστή της Google στο εργαστήριο της Σάντα Μπάρμπαρα, Καλιφόρνια, ΗΠΑ. (Φωτογραφία μέσω Reuters)

Τα εργαστήρια θα είναι σε θέση να παράγουν έργα αιχμής χωρίς να χρειάζεται να επενδύσουν σε υποδομές μεγάλης κλίμακας και ενδέχεται να μην χρειάζεται να συνεργάζονται σε έθνη και ηπείρους. Οι κβαντικοί υπολογιστές θα ήταν επίσης χρήσιμοι για εργασίες που χειρίζονται τεράστιες ποσότητες δεδομένων. Η εξόρυξη δεδομένων και η τεχνητή νοημοσύνη θα είναι σημαντικοί ωφελούμενοι, μαζί με τις επιστήμες που ασχολούνται με όγκους δεδομένων, από την αστρονομία έως τη γλωσσολογία.

Μην χάσετε από το Explained | Dushyant Chautala: Πέρα από την ηλικία του, αυτός ο 31χρονος «Βούδας» συνδέεται με όλους



Η σκοτεινή πλευρά

Η σκοτεινή πλευρά του κβαντικού υπολογισμού είναι η διασπαστική επίδραση που θα έχει στην κρυπτογραφική κρυπτογράφηση, η οποία ασφαλίζει τις επικοινωνίες και τους υπολογιστές. Η κρυπτογράφηση εξαρτάται από πολύ μεγάλους πρώτους αριθμούς, οι οποίοι χρησιμεύουν ως σπόροι από τους οποίους παράγονται και ανταλλάσσονται τα κρυπτογραφικά κλειδιά από τα μέρη σε μια συνομιλία. Λειτουργεί επειδή η κρυπτογράφηση και η αποκρυπτογράφηση είναι λειτουργικά ασύμμετρες. Είναι ευκολότερο για έναν υπολογιστή να πολλαπλασιάσει πολύ μεγάλους πρώτους αριθμούς παρά να συνυπολογίσει ένα γινόμενο στους πρώτους που το αποτελούν. Αυτή η διαφορά διατηρεί τα μηνύματά σας στο WhatsApp απόρρητα, αλλά αν οι πιθανότητες εξισορροπούνταν από εκθετικά ισχυρούς υπολογιστές, το απόρρητο στο διαδίκτυο θα ήταν νεκρό.

Η τεχνολογία δεν είναι πάντα η λύση. Συχνά, δημιουργεί νέα προβλήματα και η λύση βρίσκεται στο νόμο. Πολύ μετά τη γέννηση των μέσων κοινωνικής δικτύωσης και της τεχνητής νοημοσύνης, υπάρχουν πλέον απαιτήσεις για τη ρύθμισή τους. Θα ήταν συνετό να αναπτυχθεί ένα ρυθμιστικό πλαίσιο για τον κβαντικό υπολογισμό πριν γίνει ευρέως διαθέσιμο. Είναι μια τεχνολογία μετασχηματισμού της οποίας οι μελλοντικές χρήσεις, σε ένα ευρύ φάσμα τομέων, από την ανάλυση δεδομένων έως τη γεωπολιτική, δεν μπορούν να προβλεφθούν πλήρως. Υπό αυτή την έννοια, μοιάζει μάλλον με την πυρηνική τεχνολογία, η οποία ρυθμίστηκε από ένα παγκόσμιο καθεστώς 23 χρόνια μετά τη Χιροσίμα από τη Συνθήκη για τη μη διάδοση των πυρηνικών όπλων. Θα ήταν χρήσιμο να ρυθμίσουμε τώρα τον κβαντικό υπολογισμό ή τουλάχιστον να ορίσουμε τα όρια της νόμιμης χρήσης του.