Εδώ και περίπου 30 χρόνια ερευνητές προσπαθούν να αναπτύξουν έναν παγκόσμιο κβαντικό υπολογιστή, μια υπολογιστική δηλαδή συσκευή που εκμεταλλεύεται χαρακτηριστικές ιδιότητες της κβαντομηχανικής για την επεξεργασία δεδομένων και την εκτέλεση υπολογισμών. Ωστόσο, οι προσπάθειες για την ανάπτυξη ενός τέτοιου περίπλοκου συστήματος προχωρούσαν μέχρι πρόσφατα με πολύ αργό ρυθμό.
Όμως μια ερευνητική ομάδα της Google κατάφερε να κατασκευάσει το πρωτότυπο μιας τέτοιας συσκευής - που βρίσκεται σε πειραματικό ακόμα στάδιο- η οποία είναι σε θέση να επιλύει ένα ευρύ φάσμα προβλημάτων σε τομείς όπως η χημεία και η φυσική, ενώ παράλληλα έχει τη δυνατότητα κλιμάκωσης σε μεγαλύτερα συστήματα.
Τόσο η IBM όσο και η καναδική εταιρεία D-Wave έχουν αναπτύξει λειτουργικούς κβαντικούς υπολογιστές χρησιμοποιώντας διαφορετικές προσεγγίσεις, ωστόσο τα μηχανήματά τους δεν έχουν μεγάλη δυνατότητα κλιμάκωσης στην πληθώρα των κβαντικών bits (qubits) που χρειάζονται για την επίλυση προβλημάτων που οι κλασσικοί υπολογιστές δεν μπορούν να λύσουν.
Επιστήμονες των ερευνητικών εργαστηρίων της Google καθώς και φυσικοί του Πανεπιστημίου Σάντα Μπάρμπαρα της Καλιφόρνια περιγράφουν τη νέα αυτή συσκευή στην ιστοσελίδα Nature.
«Πρόκειται για μια καταπληκτική δουλειά από πολλές απόψεις και είναι γεμάτη με πολύτιμα μαθήματα για την κβαντική κοινότητα», δήλωσε στο Nature ο Daniel Lidar, ειδικός σε θέματα κβαντικής πληροφορικής του Πανεπιστημίου της Νότια Καλιφόρνιας.
Το πρωτότυπο σύστημα που ανέπτυξε η Google συνδυάζει τις δύο κύριες προσεγγίσεις στην κβαντική πληροφορική. Η μία προσέγγιση κατασκευάζει τα ψηφιακά κυκλώματα του υπολογιστή χρησιμοποιώντας qubits σε καθορισμένες διατάξεις με στόχο την επίλυση ενός συγκεκριμένου προβλήματος.
Αυτό είναι ανάλογο με ένα «χειροποίητο» ψηφιακό κύκλωμα που υπάρχει σε έναν συμβατικό μικροεπεξεργαστή, ο οποίος έχει αναπτυχθεί με τη χρήση των κλασσικών bits.
Μεγάλο μέρος της θεωρίας των κβαντικών υπολογιστών βασίζεται σε αυτή την προσέγγιση, η οποία περιλαμβάνει μεθόδους για τη διόρθωση σφαλμάτων που διαφορετικά θα μπορούσαν να «εκτροχιάσουν» έναν υπολογισμό. Μέχρι στιγμής, οι πρακτικές εφαρμογές ήταν εφικτές με τη χρήση μόνο μερικών qubits.
Η άλλη προσέγγιση ονομάζεται αδιαβατική κβαντική πληροφορική (Adiabatic Quantum Computing - AQC). Στην προκειμένη περίπτωση, ο υπολογιστής κωδικοποιεί ένα συγκεκριμένο πρόβλημα σε μία ομάδα qubits και σταδιακά εξελίσσει και προσαρμόζει την αλληλεπίδραση μεταξύ τους ώστε να «διαμορφώσει» τη συλλογική κβαντική τους κατάσταση και να φτάσει στη λύση. Ως αρχή, περίπου οποιοδήποτε πρόβλημα μπορεί να κωδικοποιηθεί στην ίδια ομάδα qubits.
Αυτή η νέα προσέγγιση θα επιτρέπει σε έναν υπολογιστή να πραγματοποιεί κβαντικές διορθώσεις σφαλμάτων, δήλωσε στο Nature o Lidar.
«Με τη διόρθωση των σφαλμάτων, η προσέγγισή μας μετατρέπεται σε έναν αλγόριθμο γενικής χρήσης που είναι στη θεωρία κλιμακούμενος σε έναν τυχαίο μεγάλο κβαντικό υπολογιστή», δήλωσε ο Alireza Shabani, ένα ακόμα μέλος της ερευνητικής ομάδας της Google.
Η συσκευή της Google βρίσκεται ακόμα σε πειραματικό στάδιο, ωστόσο ο Lidar υποστηρίζει ότι σε ένα με δύο χρόνια, αυτού του είδους οι συσκευές θα μπορούσαν να είναι πραγματικότητα.
«Στο μέλλον θα είναι δυνατό να κάνουμε προσομοίωση της κβαντικής δυναμικής, η οποία είναι απρόσιτη μέσω του κλασσικού υλικού και θα σηματοδοτήσει την έλευση της 'κβαντικής υπεροχής΄», πρόσθεσε ο ίδιος.