Λίγοι άνθρωποι έχουν δημιουργήσει έναν αλγόριθμο με τη δυνατότητα να προκαλέσει παγκόσμια κρίση. Γιατί, λοιπόν, ο πρωτοπόρος των κβαντικών υπολογιστών Peter Shor δείχνει τόσο ατάραχος; Η Karmela Padavic-Callaghan τον συνάντησε για να το διαπιστώσει.
Ο Peter Shor είναι γνωστός για τον αλγόριθμό του που μπορεί να «σπάσει» το internet.
«Δηλαδή, αυτός είναι η Beyoncé της εκδήλωσης;» λέει μια νεαρή γυναίκα πίσω μου σε έναν συνάδελφό της. Οι τρεις μας στεκόμαστε και κοιτάμε το πίσω μέρος ενός πλήθους, τα μέλη του οποίου κοιτούν όλα έναν γενειοφόρο άνδρα με πορτοκαλί πουλόβερ. Το να τον δεις μοιάζει με το να προσπαθείς να διακρίνεις τη Μόνα Λίζα — μόνο για στιγμές. «Ο αλγόριθμός του είναι ο αλγόριθμος που θα τα χαλάσει όλα», λέει ο συνάδελφος, ενώ για λίγο βλέπω ανθρώπους να βγάζουν selfies και να ζητούν να τους υπογράψει τα καρτελάκια του συνεδρίου.
Βρίσκομαι στο συνέδριο Quantum.Tech World στη Βοστώνη και ο Peter Shor είναι το μεγάλο όνομα της διοργάνωσης. Ο Shor είναι ένας από τους πιο επιδραστικούς ερευνητές στην ιστορία των κβαντικών υπολογιστών και όλα επιστρέφουν στη δημιουργία του, γνωστή ως αλγόριθμος του Shor.
Τη δεκαετία του 1990, ο Shor ήταν ερευνητής στα Bell Labs στο Νιου Τζέρσεϊ. Οι κβαντικοί υπολογιστές ήταν τότε ένα μάλλον ασαφές ερευνητικό πεδίο, σχεδόν εκτός του οπτικού του πεδίου, μέχρι που παρακολούθησε ένα σεμινάριο του πρωτοπόρου Umesh Vazirani. Εκεί άκουσε για ένα πρόβλημα που οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούσαν να λύσουν καλύτερα από κάθε συμβατικό υπολογιστή. Το πρόβλημα ήταν εξαιρετικά τεχνητό, και ο Shor αναρωτήθηκε αν υπήρχε κάτι πιο πρακτικό στο οποίο οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν επίσης να είναι χρήσιμοι.
Σε διάστημα περίπου έξι μηνών, με αποκορύφωμα την άνοιξη του 1994, δεν εντόπισε μόνο ένα τέτοιο πρόβλημα — την παραγοντοποίηση πολύ μεγάλων αριθμών — αλλά ανέπτυξε και μια μέθοδο που θα μπορούσε να ακολουθήσει ένας κβαντικός υπολογιστής για να το λύσει. Έτσι γεννήθηκε ο αλγόριθμος του Shor, εκείνος που θα μπορούσε να «σπάσει τα πάντα». Πολύ γρήγορα αναγνωρίστηκε ως ξεχωριστή συνεισφορά στον τομέα και έδωσε στους ερευνητές έναν επείγοντα λόγο να κατασκευάσουν πραγματικά κβαντικούς υπολογιστές.
Η περισσότερη σύγχρονη κρυπτογράφηση βασίζεται στο μαθηματικό έργο της παραγοντοποίησης πολύ μεγάλων αριθμών. Όσο οι υπολογιστές δυσκολεύονται με αυτό το έργο, τα ψηφιακά μας δεδομένα — από τα emails και τους ιατρικούς φακέλους έως τις τραπεζικές συναλλαγές — παραμένουν ασφαλή. Ένας κβαντικός υπολογιστής όμως που θα έτρεχε τον αλγόριθμο του Shor θα ήταν εξαιρετικά αποτελεσματικός σε αυτό. Τόσο αποτελεσματικός, ώστε ένας αρκετά ισχυρός κβαντικός υπολογιστής θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει τον αλγόριθμο του Shor για να αποκρυπτογραφήσει τα πιο ασφαλή δεδομένα μας.
Κι όμως, σε μια σπάνια ήρεμη στιγμή στο συνέδριο της Βοστώνης, καθώς παίρνει ανάσα σε έναν πρόχειρο χώρο για ομιλητές, ο Shor μου λέει ότι δεν ανησυχεί. «Έχουμε καλές μεθόδους για μετακβαντική κρυπτογραφία, απλώς πρέπει να τις εφαρμόσουμε», είπε. Κάνει μια παύση και προσθέτει την επιφύλαξη: «Αυτό θα είναι απίστευτα δύσκολο».
Πράγματι, υπάρχουν ήδη αρκετοί καλά μελετημένοι τρόποι κρυπτογράφησης που είναι ανθεκτικοί στον αλγόριθμό του, και οργανισμοί όπως το National Institute of Standards and Technology (NIST) στις ΗΠΑ έχουν ήδη καθορίσει πρότυπα κρυπτογράφησης ανθεκτικά στους κβαντικούς υπολογιστές. Όμως η προσαρμογή τους θα είναι τεχνολογικά δύσκολη και ακριβή. Μεγάλες οργανώσεις, όπως τράπεζες ή νοσοκομειακά συστήματα, ίσως χρειαστούν χρόνια μόνο για να ελέγξουν τα δίκτυα επικοινωνίας τους για πιθανά κενά, και άλλο τόσο για να αναβαθμίσουν τις συσκευές που τα αποτελούν και τα προγράμματα υπολογιστών τους.
Και ο χρόνος πιέζει. Οι καλύτεροι υπάρχοντες κβαντικοί υπολογιστές παραμένουν ακόμη αναξιόπιστοι και όχι αρκετά ισχυροί υπολογιστικά ώστε να τρέξουν τον αλγόριθμο του Shor. Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια η πρόοδος τόσο στο υλικό όσο και στις δυνατότητες του λογισμικού των κβαντικών υπολογιστών είναι ταχεία. Τεχνολογικοί κολοσσοί όπως η Google στοχεύουν πλέον στο 2029 για να ολοκληρώσουν τη μετάβασή τους σε μετακβαντική κρυπτογραφία, ενώ ο Αμερικανός πρόεδρος Donald Trump υπέγραψε πρόσφατα εκτελεστικό διάταγμα που απαιτεί να κάνουν το ίδιο έως το 2031 όλα τα συστήματα υψηλής αξίας και μεγάλης σημασίας της αμερικανικής κυβέρνησης.
«[Οι κβαντικοί υπολογιστές] είναι ακόμη παιχνίδια, αλλά πολύ σύντομα θα πάψουν να είναι», λέει ο Shor. Μου λέει ότι εντυπωσιάζεται από την προσπάθεια των ερευνητών να κάνουν τους κβαντικούς υπολογιστές μεγαλύτερους, κάτι που αυξάνει και την υπολογιστική τους ισχύ. Εξίσου εντυπωσιακές, λέει, είναι οι προσπάθειες σε ακαδημαϊκό και βιομηχανικό επίπεδο να βελτιωθεί ο τρόπος με τον οποίο οι κβαντικοί υπολογιστές εντοπίζουν και διορθώνουν τα δικά τους σφάλματα.
Λέει ακόμη ότι όσοι πιστεύουν πως ό,τι μπορεί να κάνει ένας συμβατικός υπολογιστής θα μπορούσε να γίνει ταχύτερα και από έναν κβαντικό υπολογιστή κάνουν λάθος. «Δεν νομίζω ότι οι κβαντικοί υπολογιστές θα βοηθήσουν στην πρόβλεψη του χρηματιστηρίου», λέει.
Κατά τη γνώμη του, το σύνολο των προβλημάτων στα οποία πρέπει να στοχεύουν οι ερευνητές των κβαντικών υπολογιστών είναι σχετικά στενό. Πέρα από την κρυπτογραφία, βασικές εφαρμογές των κβαντικών υπολογιστών θα είναι η προσομοίωση σύνθετων συστημάτων, από την κβαντομηχανική και μόρια ενδιαφέροντα για τη χημεία και τη βιοϊατρική, καθώς και ορισμένα προβλήματα βελτιστοποίησης, λέει ο Shor. Τον ενδιαφέρουν ιδιαίτερα οι αλγόριθμοι βελτιστοποίησης, τους οποίους θεωρεί ότι ίσως κάποιοι συνάδελφοί του απέρριψαν πολύ γρήγορα.
Παραδέχεται, όμως, ότι μέχρι στιγμής η ανάπτυξη πιο πραγματικά χρήσιμων κβαντικών αλγορίθμων αποδείχθηκε εξαιρετικά δύσκολη. Γιατί κανείς δεν έχει αναπτύξει άλλον αλγόριθμο τόσο σημαντικό και ισχυρό όσο ο δικός του; Ο ίδιος λέει ότι υποψιάζεται πως είτε δεν είμαστε αρκετά έξυπνοι για να δημιουργήσουμε περισσότερους σπουδαίους κβαντικούς αλγορίθμους είτε οι κβαντικοί υπολογιστές δεν είναι απλώς χρήσιμοι για τόσα πολλά πράγματα.
Δεν μπορώ να μην τον ρωτήσω τι πιστεύει ότι πρέπει να κάνουμε για να γίνουμε εξυπνότεροι. «Πρέπει να παίζουμε με πραγματικούς κβαντικούς υπολογιστές για να δούμε τι μπορούν να κάνουν και να δοκιμάζουμε παράξενες ιδέες», λέει. «Αλλά πρέπει να καταλάβεις όλη την κβαντομηχανική και όλη την επιστήμη των υπολογιστών, και αυτό είναι πραγματικά πάρα πολλά για να μάθει κανείς.»
