Η κβαντική πληροφορική προαναγγέλλει ένα τεχνολογικό μέλλον στο οποίο οι υπολογιστές θα είναι ικανοί να επιλύουν προβλήματα ακατόρθωτα για τα σημερινά supercomputers. Από την ανακάλυψη ανατρεπτικών φαρμάκων μέχρι την ανατροπή της σύγχρονης κρυπτογραφίας και την αποκάλυψη μυστικών της φύσης, οι προσδοκίες είναι υψηλές. Ωστόσο, ένα κρίσιμο ερώτημα αναδύεται πίσω από αυτή τη φαινομενική ευφορία: πώς μπορούμε να είμαστε βέβαιοι για την ορθότητα των αποτελεσμάτων ενός κβαντικού υπολογιστή, όταν η απάντησή του δεν μπορεί να επαληθευτεί από έναν παραδοσιακό υπολογιστή;
Ερευνητές από το Swinburne University of Technology ισχυρίζονται ότι έχουν βρει τη λύση. Σε πρόσφατη μελέτη, παρουσιάζουν μια μέθοδο επικύρωσης που μπορεί να αποκαλύπτει την ορθότητα των αποτελεσμάτων ενός κβαντικού υπολογιστή μέσα σε λίγα λεπτά.
Προκλήσεις στην Αξιολόγηση Κβαντικών Αποτελεσμάτων
Ο Αλέξανδρος Δέλλιος, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Centre for Quantum Science and Technology Theory και κύριος συγγραφέας της μελέτης, εξηγεί ένα θεμελιώδες παράδοξο: υπάρχουν προβλήματα τόσο περίπλοκα που ούτε οι πιο γρήγοροι supercomputers μπορούν να τα λύσουν σε χρονικά πλαίσια που έχουν νόημα για την επιστήμη. Ορισμένες λύσεις μπορεί να απαιτούν εκατομμύρια ή ακόμη και δισεκατομμύρια χρόνια.
Αυτό σημαίνει ότι η παραδοσιακή μέθοδος, που συγκρίνει τις απαντήσεις των κβαντικών υπολογιστών με αυτές των κλασικών, δεν είναι πρακτικά εφαρμόσιμη. Εάν η διαδικασία επαλήθευσης χρειάζεται περισσότερο χρόνο από την ίδια την ύπαρξη του Σύμπαντος, τότε η πρόοδος βρίσκεται σε αδιέξοδο.
Η ερευνητική ομάδα του Swinburne εστίασε στους Gaussian Boson Samplers (GBS), μια κατηγορία κβαντικών συσκευών που χρησιμοποιούν φωτόνια για να δημιουργήσουν σύνθετες πιθανότητες. Αυτές οι GBS θεωρούνται υποδείγματα «κβαντικής υπεροχής» λόγω της ικανότητάς τους να παράγουν αποτελέσματα που δεν μπορούν να αναπαραχθούν από συμβατικά συστήματα σε αναγκαίο χρόνο.
Αποκάλυψη Λαθών σε «Αδιαμφισβήτητο» Κβαντικό Πείραμα
Οι ερευνητές ανέπτυξαν μια νέα τεχνική που επιτρέπει την επαλήθευση των αποτελεσμάτων ενός GBS μέσα σε λίγα λεπτά, χρησιμοποιώντας ακόμα και έναν απλό φορητό υπολογιστή. Αυτή η μέθοδος δεν επιδιώκει να υπολογίσει εκ νέου το σύνολο του αποτελέσματος, αλλά ελέγχει αν η κατανομή των πιθανοτήτων που παράγει η συσκευή συμφωνεί με το αναμενόμενο θεωρητικό μοντέλο — αν όχι, εντοπίζει τα σφάλματα που επηρεάζουν τα αποτελέσματα.
Για την απόδειξη της αποτελεσματικότητάς τους, η ομάδα αναλύσε δεδομένα από ένα πρόσφατο εμβληματικό πείραμα GBS. Η αναπαραγωγή αυτού του πειράματος με supercomputers απαιτούσε περίπου 9.000 χρόνια υπολογισμού. Ωστόσο, η νέα μέθοδος αποκάλυψε εντός λίγων λεπτών ότι η τελική κατανομή πιθανοτήτων δεν ταίριαζε με τους στόχους του πειράματος, αναδεικνύοντας επιπλέον θόρυβο στο σύστημα που προηγουμένως δεν είχε εντοπιστεί.
Αυτό εγείρει ένα νέο ερώτημα: είναι η αναπαραγωγή αυτής της «λανθασμένης» κατανομής μια νέα δύσκολη κβαντική διαδικασία ή σημαίνει ότι η συσκευή έχει χάσει μέρος της «κβαντικότητάς» της και έχει αρχίσει να συμπεριφέρεται πιο «κλασικά»;
Μια Βήμα Πιο Κοντά σε Αξιοπιστία Κβαντικών Υπολογιστών
Η δυνατότητα εντοπισμού τέτοιων αποκλίσεων δεν είναι μόνο θεωρητική. Εάν η κβαντική υπολογιστική θέλει να γίνει εμπορικά αξιοποιήσιμη, οι μηχανές θα χρειαστεί να προσφέρουν όχι μόνο «εντυπωσιακές» απαντήσεις, αλλά και ουσιαστικές και αξιόπιστες. Αυτή η πορεία είναι καθοριστική για την ανάπτυξη αξιόπιστων και κλιμακούμενων κβαντικών υπολογιστών που θα μπορεί να χρησιμοποιήσει η βιομηχανία.
Ο κ. Δέλλιος τονίζει την αναγκαιότητα της δημιουργίας κβαντικών υπολογιστών χωρίς σφάλματα, έναν στόχο που, όταν επιτευχθεί, μπορεί να αλλάξει ριζικά το τοπίο της επιστήμης και της τεχνολογίας — από την ανάπτυξη νέων φαρμάκων μέχρι την κυβερνοασφάλεια και την κατανόηση της φύσης. Όπως επισημαίνει, η ύπαρξη μεθόδων επικύρωσης είναι κρίσιμη για τη δυνατότητα αναγνώρισης και διόρθωσης σφαλμάτων χωρίς απώλεια της «κβαντικότητάς» των συστημάτων.
Με άλλα λόγια, τα μεγάλα βήματα στην κβαντική πληροφορική δεν θα εξαρτώνται μόνο από την υπολογιστική ισχύ, αλλά και από την αξιοπιστία. Η νέα μέθοδος του Swinburne προσφέρει για πρώτη φορά έναν αξιόπιστο τρόπο μέτρησης της ακρίβειας, φέρνοντας πιο κοντά την εποχή όπου οι κβαντικοί υπολογιστές δεν θα είναι μόνο εντυπωσιακοί, αλλά και αποδεδειγμένα σωστοί.
