Google: Παρουσίασε νέο μικροτσίπ και «έλυσε» ένα χρόνιο πρόβλημα των κβαντικών υπολογιστών

Η Google ανακοίνωσε τη Δευτέρα ότι κατάφερε να ξεπεράσει μια βασική πρόκληση στην κβαντική μηχανική εισάγοντας μια νέα γενιά μικροτσίπ που καταφέρνει να λύσει υπολογιστικό πρόβλημα εντός πέντε λεπτών ενώ ένας κλασικός υπολογιστής θα χρειαζόταν για την επίλυση του ίδιου προβλήματος χρόνο αντίστοιχο της ίδιας της ιστορίας του σύμπαντος.

Όπως και άλλοι τεχνολογικοί γίγαντες όπως η Microsoft και η IBM, η Google κυνηγά τον κβαντικό υπολογισμό επειδή υπόσχεται υπολογιστικές ταχύτητες πολύ μεγαλύτερες από τα πιο γρήγορα συστήματα του σήμερα. Ενώ το μαθηματικό πρόβλημα που λύθηκε από το κβαντικό εργαστήριο της Σάντα Μπάρμπαρα της Καλιφόρνια δεν έχει εμπορικές εφαρμογές, η Google ελπίζει ότι οι κβαντικοί υπολογιστές θα λύσουν κάποια μέρα προβλήματα στην ιατρική, τη χημεία των μπαταριών και την τεχνητή νοημοσύνη που είναι απρόσιτα για τους σημερινούς υπολογιστές.

Από την πυρηνική ενέργεια στην κβαντική μηχανική – Πώς οι Big Tech θα σβήσουν τη δίψα της AI για ενέργεια

Τα αποτελέσματα που κυκλοφόρησαν τη Δευτέρα προήλθαν από ένα νέο τσιπ που ονομάζεται Willow και έχει 105 “Qubits”, τα οποία είναι τα δομικά στοιχεία των κβαντικών υπολογιστών. Τα Qubits είναι γρήγορα αλλά επιρρεπή σε σφάλματα, επειδή μπορούν να παρασυρθούν από κάτι τόσο μικρό όσο ένα υποατομικό σωματίδιο στο διάστημα.

Καθώς περισσότερα Qubits συσκευάζονται σε ένα τσιπ, αυτά τα σφάλματα μπορεί να αθροιστούν για να κάνουν το τσιπ όχι ουσιαστικά καλύτερο από ένα συμβατικό τσιπ υπολογιστή. Έτσι, από τη δεκαετία του 1990, οι επιστήμονες εργάζονται για τη διόρθωση κβαντικών σφαλμάτων.

Σε άρθρο που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature τη Δευτέρα, η Google είπε ότι βρήκε έναν τρόπο να συνδυάζει τα Qubits του τσιπ Willow, έτσι ώστε τα ποσοστά σφαλμάτων να μειώνονται καθώς αυξάνεται ο αριθμός των Qubits. Η εταιρεία λέει επίσης ότι μπορεί να διορθώσει λάθη σε πραγματικό χρόνο, ένα βασικό βήμα για να κάνει τις κβαντικές μηχανές της πρακτικές.

«Έχουμε ξεπεράσει το νεκρό σημείο», δήλωσε ο Χάρτμουτ Νέβεν, ο οποίος ηγείται της μονάδας Google Quantum AI.

Η διαφορετική προσέγγιση της Google

Το 2019, η IBM αμφισβήτησε τον ισχυρισμό της Google ότι το δικό της κβαντικό τσιπ έλυσε ένα πρόβλημα που θα χρειαζόταν ένας κλασικός υπολογιστής 10.000 χρόνια, λέγοντας ότι το πρόβλημα θα μπορούσε να λυθεί σε δυόμισι ημέρες χρησιμοποιώντας διαφορετικές τεχνικές υποθέσεις για ένα κλασικό σύστημα.

Σε χθεσινή ανάρτηση, η Google είπε ότι έλαβε υπόψη ορισμένες από αυτές τις ανησυχίες στις πιο πρόσφατες εκτιμήσεις της. Ακόμη και κάτω από τις πιο ιδανικές συνθήκες, η Google είπε ότι ένας κλασικός υπολογιστής θα χρειαζόταν ακόμα ένα δισεκατομμύριο χρόνια για να έχει τα ίδια αποτελέσματα με αυτά που δίνει το νέο του τσιπ.

Όπως σημειώνει το Reuters, ορισμένοι από τους ανταγωνιστές της Google παράγουν τσιπ με μεγαλύτερο αριθμό Qubits από την Google, αλλά η Google επικεντρώνεται στην παραγωγή των πιο αξιόπιστων Qubits που μπορεί, δήλωσε ο Άντονι Μέγκραντ, επικεφαλής αρχιτέκτονας της Google Quantum AI.

Η Google κατασκεύασε τα προηγούμενα τσιπ της σε μια κοινόχρηστη εγκατάσταση στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στη Σάντα Μπάρμπαρα, αλλά κατασκεύασε τη δική της αποκλειστική μονάδα κατασκευής για την παραγωγή των τσιπ της Willow. Ο Μέγκραντ είπε ότι η νέα εγκατάσταση θα επιταχύνει το πόσο γρήγορα μπορεί η Google να κατασκευάσει μελλοντικά τσιπ, τα οποία ψύχονται σε τεράστια ψυγεία που ονομάζονται κρυοστάτες για την εκτέλεση πειραμάτων.

«Αν έχουμε μια καλή ιδέα, θέλουμε κάποιος στην ομάδα να μπορεί να… τη μεταφέρει στο καθαρό δωμάτιο και σε έναν από αυτούς τους κρυοστάτες όσο το δυνατόν γρηγορότερα, ώστε να μπορούμε να έχουμε πολλούς κύκλους μάθησης», δήλωσε ο Μέγκραντ στο Reuters.

Οι Χάρτμουτ Νέβεν (αριστερά) και Άντονι Μέγκραντ (δεξιά) της Google Quantum AI εξετάζουν ένα ψυγείο-κρυοστάτη για την ψύξη τσιπ κβαντικών υπολογιστών στο εργαστήριο Quantum AI της Google στη Σάντα Μπάρμπαρα.November 25, 2024. REUTERS/Stephen Nellis

Που θα χρησιμοποιηθεί ο Willow της Google

Ουσιαστικά, οι κβαντικοί υπολογιστές λειτουργούν με έναν ουσιαστικά διαφορετικό τρόπο από τους υπόλοιπους υπολογιστές. Αξιοποιούν την κβαντική μηχανική – την παράξενη συμπεριφορά των εξαιρετικά μικροσκοπικών σωματιδίων – για να σπάσουν προβλήματα πολύ πιο γρήγορα από τους παραδοσιακούς υπολογιστές.

Η ελπίδα του επιστημονικού κόσμου είναι ότι οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορέσουν τελικά να χρησιμοποιήσουν αυτή την ικανότητα για να επιταχύνουν πολύ περίπλοκες διαδικασίες, όπως η δημιουργία νέων φαρμάκων. Υπάρχουν ωστόσο και φόβοι: για παράδειγμα να σπάσει ορισμένους τύπους κρυπτογράφησης που χρησιμοποιούνται για την προστασία ευαίσθητων δεδομένων.

Τον Φεβρουάριο η Apple ανακοίνωσε ότι η κρυπτογράφηση που προστατεύει τις συνομιλίες μέσω μηνυμάτων στην εφαρμογή iMessage γίνεται “quantum proof”, δηλαδή προστατεύεται από λειτουργίες κβαντικής μηχανικής, για να σταματήσει την ανάγνωσή τους από ισχυρούς μελλοντικούς κβαντικούς υπολογιστές.

Μιλώντας στο BBC ο Χάρτμουτ Νέβεν του εργαστηρίου Quantum AI της Google που δημιούργησε το Willow, είπε ότι ο νέος επεξεργαστής θα χρησιμοποιηθεί σε ορισμένες πρακτικές εφαρμογές – αλλά αρνήθηκε, προς το παρόν, να δώσει περισσότερες λεπτομέρειες, παρά το γεγονός ότι ο ίδιος δηλώνει για τον εαυτό του ως «κύριο αισιόδοξο» του έργου.

Αλλά ένα τσιπ ικανό να εκτελεί εμπορικές εφαρμογές δεν θα εμφανιστεί πριν από το τέλος της δεκαετίας, είπε. Αρχικά αυτές οι εφαρμογές θα ήταν η προσομοίωση συστημάτων όπου τα κβαντικά φαινόμενα είναι σημαντικά.

«Για παράδειγμα, όταν πρόκειται για το σχεδιασμό των αντιδραστήρων πυρηνικής σύντηξης, για την κατανόηση της λειτουργίας των φαρμάκων και της φαρμακευτικής ανάπτυξης, θα ήταν σημαντικό για την ανάπτυξη καλύτερων μπαταριών αυτοκινήτων και έναν άλλο μακρύ κατάλογο τέτοιων εργασιών», κατέληξε.

Τα τσιπ ψύχονται σε τεράστια ψυγεία που ονομάζονται κρυοστάτες για την εκτέλεση πειραμάτων, Πανεπιστήμιο Σάντα Μπάρμπαρα, Reuters on December 6, 2024. Google

Οι αμφιβολίες του επιστημονικού κόσμου

Ο καθηγητής Άλαν Γούντγουορντ, ειδικός στους υπολογιστές στο Πανεπιστήμιο του Surrey, δήλωσε στο BBC ότι οι κβαντικοί υπολογιστές θα είναι καλύτεροι σε μια σειρά εργασιών από τους σημερινούς «κλασικούς» υπολογιστές, αλλά δεν θα τους αντικαταστήσουν.

Προειδοποιεί κατά της υπερεκτίμησης της σημασίας του επιτεύγματος του Willow από μία μόνο δοκιμασία. «Πρέπει να προσέχει κανείς να μην συγκρίνει μήλα και πορτοκάλια», είπε.

Η Google είχε επιλέξει ένα πρόβλημα για χρήση ως σημείο αναφοράς απόδοσης, το οποίο ήταν «προσαρμοσμένο για έναν κβαντικό υπολογιστή» και αυτό δεν έδειχνε «καθολική επιτάχυνση σε σύγκριση με τους κλασικούς υπολογιστές». Ωστόσο, είπε ότι το τσιπ Willow αντιπροσώπευε σημαντική πρόοδο, ιδιαίτερα σε αυτό που είναι γνωστό ως διόρθωση σφαλμάτων.

Με πολύ απλά λόγια όσο πιο χρήσιμος είναι ένας κβαντικός υπολογιστής, τόσο περισσότερα Qubits έχει. Ωστόσο, ένα σημαντικό πρόβλημα με τη συγκεκριμένη τεχνολογία είναι ότι είναι επιρρεπής σε σφάλματα – μια τάση που προηγουμένως είχε αυξηθεί όσο περισσότερα Qubits έχει ένα τσιπ.

Ωστόσο, οι ερευνητές της Google λένε ότι το έχουν αντιστρέψει και κατάφεραν να σχεδιάσουν και να προγραμματίσουν το νέο τσιπ, έτσι ώστε το ποσοστό σφάλματος να έπεσε σε ολόκληρο το σύστημα καθώς αυξανόταν ο αριθμός των Qubits.

Όπως είπε στο BBC ο Χάρτμουτ Νέβεν, είναι συγκρίσιμο με το «αν είχες ένα αεροπλάνο με έναν μόνο κινητήρα – αυτό θα λειτουργήσει, αλλά δύο κινητήρες είναι ασφαλέστεροι, τέσσερις κινητήρες είναι ακόμα πιο ασφαλείς».

Τα σφάλματα αποτελούν σημαντικό εμπόδιο στη δημιουργία πιο ισχυρών κβαντικών υπολογιστών και η ανάπτυξη ήταν «ενθαρρυντική για όλους όσους προσπαθούν να δημιουργήσουν έναν πρακτικό κβαντικό υπολογιστή», είπε ο καθηγητής Γούντγουορντ.

Αλλά η ίδια η Google σημειώνει ότι για να αναπτύξει πρακτικά χρήσιμους κβαντικούς υπολογιστές, το ποσοστό σφάλματος θα πρέπει να είναι πολύ χαμηλότερο από αυτό που εμφανίζει το τσιπ Willow.

Η διαφορετική προσέγγιση Βρετανών και Ιαπώνων

Το Ηνωμένο Βασίλειο εγκαινίασε πρόσφατα το Εθνικό Κέντρο Κβαντικών Υπολογιστών (NQCC). Ο διευθυντής του, Μάικλ Κάθμπερτ, είπε στο BBC ότι είναι επιφυλακτικός με τη γλώσσα που τροφοδότησε τον «κύκλο της δημοσιότητας» και πιστεύει ότι ο Willow ήταν περισσότερο «ορόσημο παρά μια σημαντική ανακάλυψη». Ωστόσο, ήταν «σαφώς ένα άκρως εντυπωσιακό έργο».

Τελικά, οι κβαντικοί υπολογιστές θα βοηθούσαν σε μια σειρά εργασιών, συμπεριλαμβανομένων «προβλημάτων υλικοτεχνικής υποστήριξης, όπως η διανομή φορτίου σε αεροσκάφη ή η δρομολόγηση των σημάτων των τηλεπικοινωνιών ή η αποθηκευμένη ενέργεια σε όλο το εθνικό δίκτυο», είπε.

Σημειώνεται ότι την Παρασκευή, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης και το Πανεπιστήμιο της Οσάκα στην Ιαπωνία δημοσίευσαν μια εργασία που δείχνει το πολύ χαμηλό ποσοστό σφάλματος σε ένα Qubit παγιδευμένου ιόντος.

Η δική τους είναι μια διαφορετική προσέγγιση για την κατασκευή ενός κβαντικού υπολογιστή που είναι ικανός να λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου – ενώ το τσιπ της Google πρέπει να αποθηκεύεται σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες για να είναι αποτελεσματικό.