Τι χρησιμεύει ένας κβαντικός υπολογιστής; Ίσως κάτι περισσότερο, αλλά και κάτι λιγότερο από αυτό που φαντάζεστε, σύμφωνα με τον ειδικό στην κβαντική υπολογιστική Shayan Majidy.
Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι μηχανές με παράξενη εμφάνιση, όπως σημειώνει το σχετικό δημοσίευμα.
Αν προσπαθείτε να φανταστείτε έναν κβαντικό υπολογιστή, πιθανότατα σκέφτεστε έναν συνηθισμένο υπολογιστή που είναι απλώς καλύτερος. Αυτό, όμως, θα ήταν λάθος. Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι θεμελιωδώς διαφορετικοί. Βασίζονται σε παράξενα κβαντικά φαινόμενα που εμφανίζονται στα δομικά τους στοιχεία, γνωστά ως qubits, όμως η ιδιόμορφη φύση τους συχνά γεννά μύθους και παρεξηγήσεις. Ο Shayan Majidy από το Harvard University, βασικός συγγραφέας του Building Quantum Computers, εξηγεί όσα χρειάζεται να ξέρετε.
1. Οι κβαντικοί υπολογιστές ήδη υπάρχουν
«Ήμουν μόλις σε μια πτήση και ένας άλλος επιβάτης με ρώτησε: “Πότε θα έχουμε πραγματικά κβαντικούς υπολογιστές;” Αλλά υπάρχουν ήδη και τους χρησιμοποιούμε καθημερινά! Επιστήμονες σε όλο τον κόσμο τους αξιοποιούν, ενώ ορισμένες εταιρείες τους έχουν διαθέσει δημόσια, ώστε άνθρωποι από το σπίτι τους να μπορούν να έχουν πρόσβαση σε κβαντικούς υπολογιστές και να τους χρησιμοποιούν».
Οι κβαντικοί υπολογιστές έχουν πλέον πετύχει άνευ όρων υπεροχή.
Παρόλα αυτά, δεν μοιάζουν ακόμη με κάτι σαν τα μεγάλα γλωσσικά μοντέλα, όπου ανοίγεις απλώς το laptop σου και τα χρησιμοποιείς συνεχώς. Παραμένουν πιο εξειδικευμένες συσκευές και υπάρχει ένα εύρος στον τρόπο με τον οποίο χρησιμοποιούνται. Οι ερευνητές που δουλεύουν για τη βελτίωσή τους ασχολούνται μαζί τους καθημερινά. Στην πραγματικότητα, πολλοί αξιοποιούν κβαντικούς υπολογιστές για να χτίσουν τα δομικά στοιχεία των μελλοντικών συστημάτων μεγάλης κλίμακας. Ή τους χρησιμοποιούν για να διερευνήσουν πολύ θεμελιώδη επιστημονικά ερωτήματα.
Βρισκόμαστε στην κορυφή ενός κύματος που δείχνει πώς μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι κβαντικοί υπολογιστές για πράγματα που οι συμβατικοί υπολογιστές δεν μπορούν να κάνουν. Δεν θα μου έκανε εντύπωση αν μέσα σε πέντε ή δέκα χρόνια καθοδηγούσα φοιτητές που θα έχουν πλέον συνηθίσει να έχουν πρόσβαση σε κβαντικούς υπολογιστές μέσω του cloud και να τρέχουν διαρκώς τέτοιου είδους πειράματα.
2. Οι κβαντικοί υπολογιστές δεν κάνουν κάθε υπολογισμό πιο εύκολο
Η παρεξήγηση εδώ είναι ότι οι κβαντικοί υπολογιστές θα είναι απλώς καλύτεροι, ταχύτεροι υπολογιστές και θα καταστήσουν τους κλασικούς υπολογιστές περιττούς. Όμως οι κβαντικοί υπολογιστές δεν είναι γενικά πιο γρήγοροι. Μου αρέσει να τους περιγράφω ως διαφορετικά ικανούς. Αυτό σημαίνει ότι προσφέρουν ουσιαστική επιτάχυνση μόνο για πολύ συγκεκριμένα προβλήματα.
Δύο γνωστά παραδείγματα είναι η ταχύτερη παραγοντοποίηση μεγάλων αριθμών σε σχέση με οποιονδήποτε γνωστό κλασικό αλγόριθμο, κάτι που είναι σημαντικό για την παραβίαση της κρυπτογράφησης, καθώς και η ταχύτερη αναζήτηση σε αδόμητα δεδομένα. Επιπλέον, υπάρχουν προβλήματα όπως η προσομοίωση κβαντικών συστημάτων, εργασίες δειγματοληψίας, ορισμένα προβλήματα βελτιστοποίησης και κάποια προβλήματα γραμμικής άλγεβρας υπό πολύ συγκεκριμένες προϋποθέσεις.
Άρα, το πλεονέκτημα των κβαντικών υπολογιστών δεν προκύπτει από την ακατέργαστη ταχύτητα, αλλά από ειδικά σχεδιασμένους κβαντικούς αλγορίθμους. Αυτοί οι αλγόριθμοι αξιοποιούν την υπέρθεση, την παρεμβολή, τη διεμπλοκή και όλα αυτά τα εγγενώς κβαντικά φαινόμενα, και αυτό ταιριάζει μόνο σε μια πολύ στενή κατηγορία προβλημάτων.
Οι κβαντικοί υπολογιστές αποδείχθηκαν πιο χρήσιμοι απ’ ό,τι αναμενόταν το 2025.
Πέρα όμως από αυτές τις περιπτώσεις, για σχεδόν οτιδήποτε όπως η περιήγηση στο web, η αποστολή μηνυμάτων ή τα παιχνίδια, ένας κβαντικός υπολογιστής δεν προσφέρει κανένα πλεονέκτημα πέρα από αυτό που μπορεί να κάνει ένας φορητός υπολογιστής. Υπάρχει μια κατηγορία προβλημάτων που θεωρούμε ότι είναι εύκολα για τους κβαντικούς υπολογιστές και δύσκολα για τους κλασικούς, και αυτά είναι τα προβλήματα που θα θέλαμε να λύσουμε με έναν κβαντικό υπολογιστή. Όσα είναι ήδη εύκολα για τους κλασικούς υπολογιστές, παραμένουν εύκολα. Άρα δεν υπάρχει λόγος να χρησιμοποιούμε τους κβαντικούς υπολογιστές γι’ αυτά, γιατί θα ήταν απλώς τεράστια σπατάλη χρόνου και πόρων.
3. Ένας κβαντικός υπολογιστής δεν είναι το ίδιο με πολλούς κλασικούς υπολογιστές που δουλεύουν ταυτόχρονα
Συχνά οι άνθρωποι έχουν στο μυαλό τους την εικόνα ότι οι κβαντικοί υπολογιστές δοκιμάζουν κάθε υπολογισμό ταυτόχρονα, επειδή τα qubits μπορούν να βρεθούν σε ειδικές καταστάσεις υπέρθεσης, και γι’ αυτό είναι γενικά πιο ισχυροί. Η κατάσταση υπέρθεσης σημαίνει πράγματι ότι ένα qubit υπάρχει ταυτόχρονα σε συνδυασμό του 0 και του 1. Είναι επίσης αλήθεια ότι αν έχετε n qubits, η κβαντική τους κατάσταση θα περιγράφεται από εκθετικά πολλές, ή 2 n, επιλογές. Όμως ο μύθος της άπειρης παραλληλίας καταρρέει, γιατί αυτή η πληροφορία δεν μπορεί να αναγνωστεί στην πράξη. Δεν μπορείτε να διαβάσετε εκθετικά πολλές απαντήσεις. Τη στιγμή που μετράτε την κατάσταση των qubits, αυτή καταρρέει σε μία μόνο, συνηθισμένη, κλασική τιμή.
Άρα η πραγματική εικόνα είναι πολύ πιο σύνθετη. Ο κβαντικός υπολογιστής μπορεί να δώσει πολλές απαντήσεις και εμείς σχεδιάζουμε αλγορίθμους ώστε να ενισχύονται οι σωστές και να αποδυναμώνονται οι λανθασμένες. Οι πραγματικά καλοί αλγόριθμοι αξιοποιούν όλες αυτές τις υπερτιθέμενες επιλογές και κάνουν ώστε, όταν γίνει η τελική μέτρηση, να εμφανιστεί η σωστή απάντηση.
