Η Google ισχυρίζεται πως για πρώτη φορά ένας κβαντικός υπολογιστής πέτυχε “verifiable quantum advantage” – δηλαδή μια υπολογιστική διαδικασία τόσο πολύπλοκη που κανένας κλασικός υπολογιστής δεν μπορεί να την εκτελέσει, και ταυτόχρονα με αποτέλεσμα που μπορεί να επαληθευθεί.
Ο κβαντικός επεξεργαστής Willow, που αναπτύχθηκε στο εργαστήριο Google Quantum AI στη Σάντα Μπάρμπαρα της Καλιφόρνια, ολοκλήρωσε έναν υπολογισμό γνωστό ως «κβαντικοί απόηχοι» (quantum echoes), σύμφωνα με τη δημοσίευση της ομάδας στο Nature στις 22 Οκτωβρίου.
Για πρώτη φορά, μια τέτοια επίδειξη υπεροχής συνοδεύεται από τη δυνατότητα ανεξάρτητης επαλήθευσης — έστω και μόνο από έναν άλλο κβαντικό υπολογιστή παρόμοιων δυνατοτήτων. Η σημασία αυτού του επιτεύγματος είναι τεράστια: όπως εξήγησε ο φυσικός Tom O’Brien της Google, «αν δεν μπορώ να αποδείξω ότι τα δεδομένα είναι σωστά, τότε δεν μπορώ να κάνω τίποτα με αυτά».
Η σύγκριση με τους σημερινούς υπερυπολογιστές είναι συντριπτική. Ο Willow ολοκλήρωσε την ανάλυση 13.000 φορές ταχύτερα από τον Frontier, έναν από τους ισχυρότερους υπερυπολογιστές του κόσμου. Οι επιστήμονες υπολογίζουν πως η εκτέλεση της ίδιας εργασίας από το Frontier θα απαιτούσε περίπου 150 χρόνια συνεχούς λειτουργίας — ενώ ο Willow χρειάστηκε μόλις λίγες ημέρες.
Παρότι το επίτευγμα θεωρείται καθοριστικό, αρκετοί ειδικοί κρατούν επιφυλάξεις. Ο Aram Harrow, καθηγητής στο MIT, σημειώνει ότι κάθε προηγούμενη επίδειξη «κβαντικής υπεροχής» της Google ή άλλων εταιρειών τελικά εξουδετερώθηκε από νέους κλασικούς αλγορίθμους που βελτίωσαν τη συμβατική υπολογιστική απόδοση.
Όμως, αυτή τη φορά η Google φαίνεται να έχει προχωρήσει πιο πέρα: η νέα μέθοδος είναι θεωρητικά αποδοτικά επαληθεύσιμη, δηλαδή το αποτέλεσμα μπορεί να ελεγχθεί χωρίς να χρειαστεί εκθετικός χρόνος επαλήθευσης.
Ο διακεκριμένος επιστήμονας Scott Aaronson του Πανεπιστημίου του Τέξας αναγνωρίζει πως «η αποδοτική επαληθευσιμότητα της κβαντικής υπεροχής ήταν μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις των τελευταίων ετών. Το πείραμα της Google αποτελεί μια αξιόλογη υποψηφιότητα».
Η βασική ιδέα του πειράματος περιστρέφεται γύρω από τα λεγόμενα “quantum echoes” – ή επιστημονικά, out-of-time-order correlators. Πρόκειται για μετρήσεις που σχετίζονται με τη χαοτική συμπεριφορά των κβαντικών συστημάτων.
Ο Harrow περιγράφει το φαινόμενο ως «το κβαντικό ισοδύναμο του φαινομένου της πεταλούδας – ένα μικρό ‘χτύπημα’ σε ένα σημείο προκαλεί διαταραχές πολύ μακριά, σε διαφορετικό χρόνο».
Για να μετρηθούν αυτοί οι «κβαντικοί απόηχοι», ο υπολογιστής εκτελεί μια σειρά τυχαίων κβαντικών πράξεων στα qubits και έπειτα τις αναστρέφει, σαν να «γυρίζει ο χρόνος προς τα πίσω». Αυτή η τεχνική επιτρέπει στην ομάδα να εξάγει ένα σταθερό, μετρήσιμο σήμα μέσα από ένα κατά τα άλλα χαοτικό περιβάλλον, καθιστώντας δυνατή την επαλήθευση του αποτελέσματος.
Η πρόοδος αυτή δεν σημαίνει ότι οι κβαντικοί υπολογιστές είναι έτοιμοι να αντικαταστήσουν τους συμβατικούς. Όπως παρατηρεί ο Harrow, «το ιδανικό θα ήταν ένας αλγόριθμος του οποίου το αποτέλεσμα μπορεί να ελεγχθεί και από έναν απλό, κλασικό υπολογιστή». Αυτό συμβαίνει, για παράδειγμα, με τον αλγόριθμο του Shor, που μπορεί να παραγοντοποιεί τεράστιους αριθμούς σε πρώτους παράγοντες – μια διαδικασία που θα διαρκούσε αιώνες για τους παραδοσιακούς υπολογιστές, αλλά το αποτέλεσμα μπορεί να ελεγχθεί εύκολα πολλαπλασιάζοντας τους παράγοντες ξανά.
Οι «κβαντικοί απόηχοι» δεν προσφέρουν τέτοια απλότητα. Είναι, ωστόσο, ένα τεράστιο βήμα προς την κατεύθυνση των πραγματικά αξιόπιστων κβαντικών υπολογισμών, όπου η ταχύτητα δεν θα έρχεται εις βάρος της διαφάνειας. Για πρώτη φορά, φαίνεται πως ο δρόμος προς την πιστοποιημένη κβαντική επανάσταση αρχίζει να αποκτά χειροπιαστή μορφή.
