Η κυβέρνηση Τραμπ θέλει έναν χρήσιμο κβαντικό υπολογιστή σε δύο χρόνια. Η Microsoft σε τρία. Οι ανεξάρτητοι ερευνητές μιλούν για υπερβολές.
Μέχρι σήμερα, δεν έχει φανεί ότι ένας κβαντικός υπολογιστής έχει εκτελέσει με σαφήνεια έστω και μία πραγματικά χρήσιμη εργασία. Τα υπάρχοντα μηχανήματα είναι απλώς πολύ μικρά και γεμάτα σφάλματα για να λύσουν προβλήματα με εμπορικό ενδιαφέρον. Αυτό όμως δεν εμπόδισε τον επιστημονικό σύμβουλο του Ντόναλντ Τραμπ να υποσχεθεί έναν «κβαντικό υπολογιστή αρκετά ισχυρό για επιστημονική ανακάλυψη έως το 2028», ούτε τον Τραμπ να εκδώσει νέα εκτελεστική εντολή για να επιταχύνει τη βιομηχανία κβαντικών υπολογιστών των ΗΠΑ στον ανταγωνισμό της με την Κίνα, και τα δύο στις 22 Ιουνίου.
Στο κλίμα αυτό συμβάλλουν και οι εταιρείες. Τον Ιούνιο, η Microsoft ανακοίνωσε ένα νέο τσιπ κβαντικού υπολογιστή με το όνομα Majorana 2. Υποστήριξε ότι πρόκειται για εξέλιξη σε επίπεδο hardware που επιταχύνει το χρονοδιάγραμμά της για έναν «κλιμακώσιμο, πρακτικό κβαντικό υπολογιστή» έως το 2029. Όμως ανεξάρτητοι ειδικοί επέκριναν γρήγορα την ανακοίνωση. «Αυτό είναι καθαρή ανοησία», λέει στον The Verge ο Henry Legg, φυσικός από το Πανεπιστήμιο του St. Andrews και μακροχρόνιος επικριτής της Microsoft.
Ο Legg δημοσίευσε στις 24 Ιουνίου στο Nature μια μελέτη στην οποία ασκεί κριτική στους κβαντικούς ισχυρισμούς της Microsoft από πέρυσι — η διαδικασία του peer review παίρνει χρόνο — και επισημαίνει, όπως λέει, σημαντικές αποκλίσεις ανάμεσα στις επιστημονικές εργασίες της εταιρείας και στα δελτία Τύπου της. Το Nature δημοσίευσε και την απάντηση της Microsoft. Καθώς η αντιπαράθεση συνεχίζεται, η πορεία της προόδου στους κβαντικούς υπολογιστές μοιάζει με χάος: ανακοινώσεις με μεγάλο θόρυβο από εταιρείες, στη συνέχεια αποδομήσεις από ακαδημαϊκούς ερευνητές, νέες συγκρούσεις και, τώρα, υπερφίαλοι στόχοι από αρχηγούς κρατών.
Οι ερευνητές έχουν σημειώσει πραγματική πρόοδο στους κβαντικούς υπολογιστές, αλλά αυτή είναι σε μεγάλο βαθμό σταδιακή και υπερβολικά εξειδικευμένη για να κεντρίσει αμέσως το ευρύ κοινό. Και, βέβαια, το κόστος είναι πολύ υψηλό.
Την τελευταία δεκαετία, η Google, η IBM, η Amazon, η Microsoft, καθώς και πολλές κυβερνήσεις και μικρότερες νεοφυείς εταιρείες, έχουν ρίξει δισεκατομμύρια στην ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστών. Οι υποστηρικτές της τεχνολογίας προβλέπουν ότι θα οδηγήσει σε ανακαλύψεις στην ιατρική, αλλά και σε προόδους στην επιστήμη των υλικών και στη μηχανική μάθηση. Παράλληλα, πολλοί ειδικοί για την εθνική ασφάλεια τη παρουσιάζουν ως μια νέα ψυχροπολεμική αναμέτρηση ανάμεσα στις ΗΠΑ και την Κίνα.
Η υπόσχεση των κβαντικών υπολογιστών είναι ότι υπερέχουν σε ένα θεμελιωδώς διαφορετικό είδος μαθηματικών από εκείνο των κλασικών υπολογιστών. Αντί για bits, όπως ένας κλασικός υπολογιστής, η βασική μονάδα πληροφορίας σε έναν κβαντικό υπολογιστή είναι το qubit. Τα qubits αναπαριστούν πληροφορία ως πιθανότητες και όχι ως μηδενικά και μονάδες. Μπορεί κανείς να φανταστεί ένα qubit σαν ένα νόμισμα που στριφογυρίζει στον αέρα. Πριν πέσει οριστικά σε γράμματα ή κορώνα, βρίσκεται ταυτόχρονα ως πιθανότητα και των δύο καταστάσεων. Αντικείμενα όπως τα μόρια ή διεργασίες όπως η φωτοσύνθεση περιλαμβάνουν από τη φύση τους πιθανότητες και έτσι είναι πιο «φυσικό» να προσομοιώνονται από κβαντικούς υπολογιστές παρά από κλασικούς. Ωστόσο, είναι απίθανο οι κβαντικοί υπολογιστές να είναι καλοί σε κλασικές εργασίες, όπως το email ή η επεξεργασία κειμένου.
Οι εταιρείες κατασκευάζουν qubits από διαφορετικά υλικά. Αρκετοί φυσικοί με τους οποίους μίλησε το The Verge είπαν ότι οι βασικοί τύποι qubit είναι τα ουδέτερα άτομα, τα ιόντα και τα superconducting circuit qubits. Η Google και η IBM χρησιμοποιούν qubits βασισμένα σε υπεραγώγιμα κυκλώματα. Η Quantinuum, που συνδέεται με τη Honeywell, κατασκευάζει qubits από μεμονωμένα ιόντα βαρίου, ενώ η QuEra, μια startup από την περιοχή της Βοστώνης, από μεμονωμένα άτομα ρουβιδίου. Το qubit Majorana της Microsoft, η ύπαρξη του οποίου αμφισβητείται από ειδικούς, βασίζεται σε ένα λεπτό σύρμα συνδεδεμένο με υπεραγωγό. Με αυτές τις διαφορετικές προσεγγίσεις, οι εταιρείες δοκιμάζουν τα πάντα, σε μια προσπάθεια να αναπτύξουν υλικό κβαντικής πληροφορικής που να είναι και ακριβές και εύκολο να κλιμακωθεί.
«Αυτή η τεχνολογία Majorana, δεν είναι ακόμα τεχνολογία».
Οι υποστηρικτές της τεχνολογίας λένε ότι θα μπορούσε να λύσει προβλήματα που σήμερα δυσκολεύουν ακόμη και τους υπερυπολογιστές. Η θεωρητική έρευνα δείχνει ότι οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν να προσομοιώνουν μόρια πολύ πιο εύκολα από τους υπερυπολογιστές. Αυτές οι προσομοιώσεις θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην ανάπτυξη νέων υλικών για μπαταρίες ή φαρμάκων.
Κάποιοι έχουν φανταστεί τον κβαντικό υπολογιστή και ως εργαλείο κυβερνοεπιθέσεων. Το 1994, ο επιστήμονας υπολογιστών Peter Shor ανέπτυξε έναν αλγόριθμο κβαντικής υπολογιστικής για την παραγοντοποίηση πρώτων αριθμών, ο οποίος θα έπρεπε να μπορεί να σπάσει την κρυπτογράφηση RSA, μια ευρέως διαδεδομένη οικογένεια αλγορίθμων που χρησιμοποιείται για την ασφάλεια τραπεζικών συναλλαγών και ηλεκτρονικής αλληλογραφίας. Αυτή η υποσχόμενη κρυπτογραφική δυνατότητα έχει ωθήσει τους ειδικούς να αναπτύξουν πιο ασφαλή πρωτόκολλα, γνωστά ως post-quantum cryptography, τα οποία ακόμη δεν χρησιμοποιούνται ευρέως και τα οποία οι κβαντικοί υπολογιστές δεν θα πρέπει να μπορούν να σπάσουν. Η προσδοκία για τη δυνατότητα αποκρυπτογράφησης από κβαντικούς υπολογιστές ίσως έχει καταστήσει αυτή την εφαρμογή ξεπερασμένη. Επιπλέον, οι κρυπτογράφοι δεν χρειάστηκαν στην πραγματικότητα έναν κβαντικό υπολογιστή για να αναπτύξουν ένα καλύτερο σύστημα κρυπτογράφησης, οπότε πρόκειται για μια περίπλοκη επιχειρηματολογία σχετικά με τη χρησιμότητα των κβαντικών υπολογιστών. (Στις 22 Ιουνίου, ο Τραμπ υπέγραψε άλλη μία εκτελεστική εντολή με στόχο να «μεταφέρει» τους κυβερνητικούς υπολογιστές σε «post-quantum cryptography» έως το 2030 ή το 2031.)
Οι σημερινοί κβαντικοί υπολογιστές, όπως ο Willow της Google, είναι μεμονωμένα τσιπ που παραμένουν πολύ πρωτόγονα για να σπάσουν την κρυπτογράφηση RSA ή να εκτελέσουν προσομοιώσεις φαρμακευτικών μορίων. Το όραμα, όμως, είναι να κατασκευαστούν συστήματα που θα μπορούν να το κάνουν. Αυτοί οι κβαντικοί υπολογιστές θα είναι εξειδικευμένα data centers με πολλά τσιπ δικτυωμένα μεταξύ τους ή ίσως εξειδικευμένα τσιπ μέσα σε έναν υπερυπολογιστή, στα οποία ο χρήστης θα συνδέεται μέσω του cloud. Ένας κβαντικός υπολογιστής δεν θα είναι καταναλωτική συσκευή για ατομική χρήση, ούτε θα αντικαταστήσει τους κλασικούς υπολογιστές. «Είναι ένας υπολογιστής με πολύ συγκεκριμένο σκοπό», λέει ο Dries Sels, φυσικός στο Boston University.
Όμως η πορεία προς αυτές τις εφαρμογές δεν έχει υπάρξει καθόλου απλή, και οι ερευνητές εξακολουθούν να συζητούν ποιος ακριβώς είναι αυτός ο σκοπός.
Τον Ιούνιο, η IBM ανακοίνωσε ότι σκοπεύει να επενδύσει πάνω από 10 δισεκατομμύρια δολάρια στους κβαντικούς υπολογιστές μέσα στα επόμενα πέντε χρόνια. Η IBM, όπως και η Microsoft, στοχεύει να κατασκευάσει έναν κβαντικό υπολογιστή μεγαλύτερης κλίμακας έως το 2029. Η επένδυση της εταιρείας συνδέεται με την εισροή δημόσιου χρήματος στον κλάδο. Τον Μάιο, η κυβέρνηση Τραμπ ανακοίνωσε ότι θα προσφέρει χρηματοδότηση 2 δισεκατομμυρίων δολαρίων σε εννέα εταιρείες κβαντικών υπολογιστών, από τις οποίες η IBM θα λάβει 1 δισεκατομμύριο.
Παρόμοιοι κύκλοι έχουν επαναληφθεί αρκετές φορές από τα πρώτα βήματα της τεχνολογίας. Οι εταιρείες ανακοινώνουν μια ανακάλυψη, οι ανεξάρτητοι ερευνητές μιλούν για υπερβολές, ενώ οι επενδυτές συνεχίζουν να ρίχνουν χρήματα στον κλάδο. Το 2019, η Google ανακοίνωσε ότι ο κβαντικός υπολογιστής της εκτέλεσε μια εργασία πιο γρήγορα από τον καλύτερο υπερυπολογιστή, επίτευγμα που σήμερα είναι γνωστό ως quantum advantage. Τότε, εκπρόσωποι της εταιρείας το παρουσίασαν ως «quantum supremacy», όμως σήμερα οι ειδικοί συμφωνούν ευρέως ότι η επίδειξη, η οποία αφορούσε τη δημιουργία τυχαίων αριθμών, δεν είχε πρακτική εφαρμογή. Παρ’ όλα αυτά, οι επενδύσεις στην κβαντική υπολογιστική το 2020 αντιστοιχούσαν στο ένα τρίτο όλων των επενδύσεων μέχρι τότε, σύμφωνα με τη McKinsey.
Τον περασμένο Οκτώβριο, η Google υποστήριξε ότι πραγματοποίησε άλλη μία επίδειξη quantum advantage. Στην επίδειξη αυτή, οι ερευνητές της προσομοίωσαν μόρια 15 και 28 ατόμων για να μελετήσουν τη μαγνητική τους συμπεριφορά σε ένα συγκεκριμένο σενάριο. Σε δελτίο Τύπου αναφερόταν ότι η επίδειξη έδειξε πως «ένας κβαντικός υπολογιστής μπορεί να εκτελέσει με επιτυχία έναν επαληθεύσιμο αλγόριθμο σε hardware, ξεπερνώντας ακόμη και τους ταχύτερους κλασικούς υπερυπολογιστές».
«Στηρίζουμε 100% τα αποτελέσματά μας. Στηρίζουμε το χρονοδιάγραμμά μας.»
Η επίδειξη έδειξε την «υψηλή ακρίβεια» της Google στον έλεγχο του μηχανήματός της, αλλά επρόκειτο για ένα τεχνητό πείραμα σχεδιασμένο ειδικά για να αποδείξει quantum advantage και όχι για κάτι πραγματικά χρήσιμο, λέει ο Sels. «Δεν προσομοιώνει κάτι ενδιαφέρον», λέει. «Θα ήταν πιο ενδιαφέρον αν προσομοίαζαν κάτι που οι κλασικές μέθοδοι προσπαθούν να λύσουν εδώ και χρόνια και δεν μπορούν».
Ο Sels αμφισβητεί επίσης ότι η Google ξεπέρασε όλους τους κλασικούς υπολογιστές. Αν και δεν γνωρίζει κανέναν που να έχει χρησιμοποιήσει υπερυπολογιστή για να αντικρούσει τον ισχυρισμό της Google, θεωρεί ότι αυτό είναι εφικτό, αφού ο ίδιος έχει καταρρίψει στο παρελθόν παρόμοιους ισχυρισμούς για quantum advantage. Πιστεύει όμως και ότι πρόκειται για σπατάλη χρόνου. «Κάποια από αυτά τα προβλήματα είναι τόσο τεχνητά, που πραγματικά δεν θέλουμε να τα δοκιμάσουμε», λέει ο Sels. Παλαιότερα ένιωθε υποχρεωμένος να κάνει αυτή την αποδόμηση ως έλεγχο στις υπερβολές της βιομηχανίας, αλλά η δουλειά αυτή δεν τον ενδιαφέρει επιστημονικά.
«Δεν ξέρω αν κάποιος θα επενδύσει ποτέ πραγματικά προσπάθεια για να προσομοιώσει κλασικά το πείραμα της Google», λέει ο Sels. «Νομίζω πως εγώ δεν θα το κάνω, εκτός αν κάποιος μου δώσει δισεκατομμύρια δολάρια γι’ αυτό».
Η Google εξακολουθεί να θεωρεί τη μελέτη σημαντική. «Το αποτέλεσμα της Google το 2025 στο Nature ήταν η πρώτη επίδειξη επαληθεύσιμου quantum advantage σε hardware. Δεν παρουσιάστηκε ως άμεση πρακτική εφαρμογή, αλλά είναι σχετικό με το NMR και δείχνει την ταχεία πρόοδο προς χρήσιμους κβαντικούς υπολογιστές», έγραψε ο εκπρόσωπος της Google, Jason Freidenfelds, απαντώντας στις επικρίσεις του Sels.
Η δραματικότητα όμως συχνά επισκιάζει την πραγματική πρόοδο στους κβαντικούς υπολογιστές. Μέχρι στιγμής, ένα βασικό τεχνολογικό πρόβλημα είναι τα ελαττωματικά qubits. Δεν μπορούν να εκτελέσουν τέλεια τις υπολογιστικές πράξεις και τα σφάλματα συσσωρεύονται όσο οι αλγόριθμοι μεγαλώνουν. Αυτό ήταν το βασικό εμπόδιο της κβαντικής υπολογιστικής: κάθε εφαρμογή που έχει ενδιαφέρον θα απαιτεί έναν μακρύ αλγόριθμο, όμως όσο μακραίνει ο αλγόριθμος, τόσο πιο γεμάτος σφάλματα γίνεται ο κβαντικός υπολογιστής.
Οι ερευνητές έχουν βελτιώσει τα ίδια τα qubits, ώστε να συγκρατούν την πληροφορία για περισσότερο χρόνο. Όσο τη συγκρατούν περισσότερο, χωρούν περισσότερες πράξεις και πιο σύνθετοι αλγόριθμοι. Τον περασμένο Νοέμβριο, ο Andrew Houck από το Princeton University και οι συνεργάτες του ανέφεραν ότι δημιούργησαν ένα superconducting qubit που μπορεί να συγκρατεί την πληροφορία τρεις φορές περισσότερο από τον προηγούμενο κάτοχο του ρεκόρ. Το μυστικό της βελτίωσης ήταν η χρήση καθαρότερων υλικών στο πολυστρωματικό υπόστρωμα πάνω στο οποίο στηρίζονται τα qubits, με προσεκτική διαχείριση της θερμοκρασίας και της εναπόθεσης των στρώσεων που συνθέτουν το τσιπ. «Είναι όλα πολύ λεπτές βελτιώσεις», λέει ο Houck.
Και μέσα στα δύο τελευταία χρόνια, οι ερευνητές έχουν σημειώσει σημαντική πρόοδο σε ό,τι είναι γνωστό ως quantum error correction. «Οι εξελίξεις στην error correction που βλέπουμε τα τελευταία δύο χρόνια είναι το πιο συναρπαστικό πράγμα που συμβαίνει στο πεδίο», λέει ο Sels.
Επιπλέον, οι ερευνητές έχουν αναπτύξει αλγορίθμους για τη διόρθωση σφαλμάτων ενώ ο κβαντικός υπολογιστής λειτουργεί. Η τεχνική αυτή βασίζεται στην κωδικοποίηση μιας μονάδας πληροφορίας σε πολλά qubits και όχι σε ένα μόνο qubit, όπως γινόταν παλαιότερα. Το σύνολο που διορθώνει τα σφάλματα το αποκαλούν «λογικό qubit» και τα επιμέρους μέλη του «φυσικά qubits».
Οι εταιρείες ανταγωνίζονται για να δημιουργήσουν λογικά qubits με όσο το δυνατόν λιγότερα φυσικά qubits. Το 2024, η Google δημιούργησε ένα λογικό qubit από 105 φυσικά qubits. Το 2025, η IBM και η Amazon έδειξαν ότι χρειάζονταν 12 και 9 φυσικά qubits αντίστοιχα για να δημιουργήσουν ένα λογικό qubit. Στο τέλος της ίδιας χρονιάς, η Quantinuum έδειξε ότι χρειαζόταν δύο φυσικά qubits ανά λογικό qubit. Όσο λιγότερα φυσικά qubits απαιτούνται για κάθε λογικό qubit, τόσο πιο εύκολα μπορεί να κλιμακωθεί ένας κβαντικός υπολογιστής.
Η διόρθωση σφαλμάτων είναι επίσης κεντρική στην αμφιλεγόμενη ανακοίνωση της Microsoft. Η εταιρεία υποστήριξε, κάτι που αμφισβητούν ειδικοί, ότι δημιούργησε ένα αντικείμενο από ηλεκτρόνια γνωστό ως σωματίδιο Majorana, το οποίο θεωρητικά προβλέπεται να υπάρχει σε ένα μικροσκοπικό σύρμα από το ημιαγωγό indium arsenide, συνδεδεμένο με υπεραγωγό. Η θεωρία προβλέπει ότι, κάτω από συγκεκριμένες πειραματικές συνθήκες, τα ηλεκτρόνια σε αυτό το σύρμα, που είναι λεπτότερο από μια ανθρώπινη τρίχα, θα εκτελούσαν έναν συλλογικό «χορό» και θα άρχιζαν να συμπεριφέρονται σαν μια παράξενη μονάδα γνωστή ως σωματίδιο Majorana. Ειδικότερα, οι ερευνητές υπέθεσαν ότι το σωματίδιο Majorana θα έκανε λιγότερα σφάλματα από άλλα φυσικά qubits και έτσι θα ήταν πιο εύκολο να κλιμακωθεί.
Ο Legg λέει ότι η Microsoft δεν έχει δημιουργήσει με επιτυχία ένα σωματίδιο Majorana, το βασικό δομικό στοιχείο του σχεδιασμού της μηχανής της. Η προσέγγιση της Microsoft έχει «θεμελιώδη προβλήματα», λέει, τα οποία έχουν αΝΑ
