Οι μελλοντικές εφαρμογές των Κβαντικών Υπολογιστών είναι απρόβλεπτες

Ο John Preskill για τους Κβαντικούς Υπολογιστές

Ο θεωρητικός φυσικός John Preskill, σε συνένευξη που έδωσε στην Whitney Clavin, μιλάει για τους κβαντικούς υπολογιστές, την έρευνα για την κατασκευή τους, τα όρια των σημερινών κλασικών υπολογιστών, το απρόβλεπτο των μελλοντικών εφαρμογών των κβαντικών υπολογιστών και την ιστορία τους που ξεκινάει από τον Richard Feynman στην δεκαετία του 1980. Ο Preskill αναφέρεται στην δυνατότητα των κβαντικών υπολογιστών να δώσουν απαντήσεις σε μερικά από τα πιο δύσκολα προβλήματα στην φυσική, όπως σχετικά με την φύση του χώρου και του χρόνου, αλλά και στην επίλυση δύσκολων προβλημάτων σε μια ποικιλία επιστημονικών πεδίων.

Μερικές από τις ερωτήσεις που απάντησε ο Preskill είναι οι εξής:

Τι είναι ένας κβαντικός υπολογιστής και σε τι διαφέρει από έναν κανονικό υπολογιστή;
Σκέφτηκα ότι θα ξεκινούσες με μια εύκολη ερώτηση! Αυτό είναι πραγματικά πολύ δύσκολο να απαντηθεί, αλλά θα προσπαθήσω. Θα πρέπει να ξεκινήσω λέγοντας τι δεν είναι ένας κβαντικός υπολογιστής: Δεν είναι απλά μια καλύτερη, πιο ισχυρή και ταχύτερη έκδοση των συμβατικών υπολογιστών που χρησιμοποιούμε τώρα. Επεξεργάζεται τις πληροφορίες με έναν θεμελιωδώς διαφορετικό τρόπο χρησιμοποιώντας τις αρχές της κβαντικής φυσικής. Γνωρίζουμε εδώ και πολύ καιρό, σχεδόν έναν αιώνα, ότι η ύλη περιεγράφεται από την κβαντική θεωρία, κι αυτό οδήγησε σε πολλές νέες τεχνολογίες όπως τα λέιζερ, την μαγνητική τομογραφία και την τοποθέτηση δισεκατομμυρίων τρανζίστορ σε ένα τσιπ. Αλλά αυτές οι τεχνολογίες έχουν απλώς ξύσει την επιφάνεια του πώς η κβαντική θεωρία μπορεί τροποποιήσει την άποψή μας για το τι είναι δυνατό στο σύμπαν. Συγκεκριμένα, δεν λαμβάνουν υπόψη ότι όταν έχουμε πολλά υποατομικά σωματίδια που αλληλεπιδρούν ισχυρά μεταξύ τους, κβαντομηχανικά, αυτά τα σωματίδια μιλούν μια εξωτική γλώσσα, η οποία είναι πολύ διαφορετική από τη γλώσσα που καταλαβαίνουμε και που οι υπολογιστές μας καταλαβαίνουν. Δεν υπάρχει τρόπος να μεταφραστεί συνοπτικά αυτή η κβαντική γλώσσα στα bits που αντιλαμβάνονται οι υπολογιστές μας. Αν θέλετε να περιγράψετε τι κάνουν μερικές εκατοντάδες σωματίδια χρησιμοποιώντας δυαδικά ψηφία, θα χρειαστείτε περισσότερα bits από τον αριθμό των ατόμων στο ορατό σύμπαν. Υπάρχει αυτή η ακραία πολυπλοκότητα και θέλουμε να την εκμεταλλευτούμε για να επιταχύνουμε τις λύσεις σε ορισμένα πραγματικά δύσκολα υπολογιστικά προβλήματα.

Ακούγονται πολλά και υπερβολικά σχετικά με τους κβαντικούς υπολογιστές. Τι αληθεύει τελικά;
Οι υπερβολές είναι λογικές κατά κάποιο τρόπο. Όλοι καταλαβαίνουν ότι οι υπολογιστές είναι σημαντικοί, ότι επηρεάζουν την καθημερινότητά μας και ότι έχουν οικονομική αξία. Έχουμε δει τα τελευταία χρόνια μια απότομη αύξηση του ενδιαφέροντος για την τεχνολογία και από επενδυτές στους κβαντικούς υπολογιστές. Αυτό είναι καλό από κάποια άποψη. Επιταχύνει την πρόοδο και παρέχει ευκαιρίες στους ανθρώπους να εργαστούν στον τομέα. Αλλά θα πρέπει να είμαστε ρεαλιστές σχετικά με το χρονοδιάγραμμα που οι κβαντικοί υπολογιστές θα φτάσουν στο σημείο να έχουν μεγάλο πρακτικό αντίκτυπο. Και θα πρέπει επίσης να συνειδητοποιήσουμε ότι οι κβαντικοί υπολογιστές πιθανότατα δεν θα είναι σε θέση να επιταχύνουν όλα όσα θέλουμε να κάνουμε με τους υπολογιστές, αλλά θα εφαρμόζονται σε μια ειδική κατηγορία προβλημάτων—και εξακολουθούμε να έχουμε μόνο μερική γνώση του ποια είναι αυτά τα προβλήματα. Θα το καταλάβουμε καλύτερα όταν θα έχουμε κβαντικούς υπολογιστές και θα μπορούμε να πειραματιστούμε με αυτούς.

Πόσο καιρό πρέπει να περιμένουμε; Έναν χρόνο; 10 χρόνια; 100 χρόνια;
Λοιπόν, εξαρτάται από το τι θέλετε. Βρισκόμαστε σε ένα πολύ πρώιμο στάδιο της ανάπτυξης των κβαντικών υπολογιστών, αλλά ακόμα και τώρα, από επιστημονική άποψη, οι κβαντικοί υπολογιστές που ήδη διαθέτουμε έχουν κάποιες δυνατότητες. Μπορούμε να εξερευνήσουμε την συμπεριφορά πολύπλοκων κβαντικών συστημάτων με τρόπους που δεν είχαμε ποτέ πριν, κάτι που θα οδηγήσει σε επιστημονικές ανακαλύψεις τα επόμενα πέντε ή δέκα χρόνια. Αλλά για έναν γενικότερο πρακτικό αντίκτυπο, νομίζω ότι μια λογική εκτίμηση είναι δεκαετίες, ή περισσότερα από 10 χρόνια.

Ποιες πιθανές εφαρμογές σας ενθουσιάζουν περισσότερο;
Λοιπόν, να θυμάστε ότι είμαι επιστήμονας, επομένως μου αρέσει να σκέφτομαι τους υπολογιστές ως εργαλεία για την πρόοδο της επιστήμης, για την επιστημονική ανακάλυψη. Χρησιμοποιούμε υπολογιστές για να καταλάβουμε τον τρόπο με τον οποίο λειτουργεί η φύση. Αυτό ισχύει για μεγάλο μέρος της χημείας και της επιστήμης των υλικών. Γνωρίζουμε τις εξισώσεις. Περιγράφουν πως τα ηλεκτρόνια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους ηλεκτρομαγνητικά και αλληλεπιδρούν με τους ατομικούς πυρήνες. Αλλά είναι πολύ δύσκολο να λυθούν για μεγάλα μόρια ή πολύπλοκα υλικά. Οι κβαντικοί υπολογιστές θα είναι καλοί για την επίλυση τέτοιων προβλημάτων. Τελικά, αυτό θα έχει και πρακτικό αντίκτυπο. Η υπολογιστική χημεία, για παράδειγμα, μπορεί να διευκολύνει την ανακάλυψη νέων φαρμακευτικών προϊόντων και καταλυτών, κάτι που θα αποτελεί μεγάλη συνεισφορά στην ανθρωπότητα, αλλά θα χρειαστεί κάποιος χρόνος μέχρι να δούμε αυτόν τον αντίκτυπο. Χρησιμοποιούμε επίσης τους υπολογιστές για να ανακαλύψουμε νέους νόμους της φυσικής, και νομίζω ότι οι κβαντικοί υπολογιστές θα είναι χρήσιμοι και για αυτό. Ένα πράγμα που με ενδιαφέρει εδώ και πολύ καιρό είναι, η κβαντομηχανική του ίδιου του χωροχρόνου. Αυτό είναι σημαντικό αν θέλω να καταλάβω τι συμβαίνει όταν κάτι πέφτει σε μια μαύρη τρύπα ή τι συνέβη στις πρώτες στιγμές που δημιουργήθηκε το σύμπαν. Οι κβαντικοί υπολογιστές θα μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε καλύτερα αυτά τα πράγματα, επιτρέποντάς μας να προσομοιώσουμε κβαντικά φαινόμενα που διαφορετικά θα ήταν πολύ δύσκολο να μελετηθούν.

O John Preskill (δεξιά) «πανηγυρίζει» την νίκη του (διαβάστε σχετικά ΕΔΩ) μπροστά στον Stephen Hawking

Πώς φανταζόταν την χρήση των κβαντικών υπολογιστών Richard Feynman όταν τους πρότεινε για πρώτη φορά στη δεκαετία του 1980;
Ήξερα τον Feynman. Συνυπάρξαμε στο Caltech για περίπου πέντε χρόνια έως τον θάνατό του, και μιλήσαμε αρκετά για την επιστήμη. Δεν μιλήσαμε για κβαντικούς υπολογιστές, αλλά μιλήσαμε πολύ για τα υποπυρηνικά σωματίδια και για το πώς συμπεριφέρονται. Αυτή είναι μια περίπτωση όπου πιστεύουμε ότι γνωρίζουμε τις εξισώσεις. Έχουμε μια θεωρία που ονομάζεται κβαντική χρωμοδυναμική που περιγράφει πως συμπεριφέρονται τα πρωτόνια και τα νετρόνια, αλλά και τα συστατικά τους. Όμως, όπως και στη χημεία, οι εξισώσεις είναι πολύ δύσκολο να λυθούν. Αν και γνωρίζουμε τις σωστές εξισώσεις, δεν μπορούμε να κάνουμε ακριβείς υπολογισμούς, κάτι που θα μπορούσε να κάνει ένας κβαντικός υπολογιστής. Νομίζω ότι μέρος αυτού που προκάλεσε το ενδιαφέρον του Feynman για τους κβαντικούς υπολογιστές είναι ότι συνειδητοποίησε πως τέτοια προβλήματα θα ήταν πολύ δύσκολο να επιλυθούν. Και φυσικά, συνειδητοποίησε επίσης ότι αν μπορούσαμε να προσομοιώσουμε πως συμπεριφέρονται τα κβαντικά συστήματα, αυτό θα είχε άλλες συνέπειες, συμπεριλαμβανομένης της δυνατότητάς μας να κάνουμε υπολογισμούς στην χημεία και στην επιστήμη υλικών, κάτι που διαφορετικά θα ήταν αδύνατον.

Διαθέτει το πανεπιστήμιο του Caltech κβαντικό υπολογιστή;
Το Caltech συνεργάζεται με την Amazon Web Services, η οποία διαθέτει ένα κέντρο για κβαντικούς υπολογιστές στην πανεπιστημιούπολη μας, και ακολουθεί την προσέγγιση που βασίζεται σε πολύ ψυχρά ηλεκτρικά κυκλώματα. Αυτή είναι μια καλή συνεργασία νομίζω, γιατί και οι δύο πλευρές βλέπουν την ανάγκη να επικεντρωθούν στα μακροπρόθεσμα προβλήματα. Μου φαίνεται πολύ πιθανό ότι οι εφαρμογές για τα επόμενα πέντε έως 10 χρόνια θα είναι εργαλεία για επιστημονικές ανακαλύψεις παρά για την επίλυση προβλημάτων που ενδιαφέρουν τις επιχειρήσεις, για παράδειγμα. Για να φτάσουμε στο στάδιο όπου μπορούμε να έχουμε μεγάλη πρακτική συνεισφορά από τους κβαντικούς υπολογιστές, θα πρέπει να έχουμε καλύτερα και περισσότερα qubits. Όμως, θα πρέπει να πρώτα να επιλύσουμε μερικά μεγάλα μηχανικά προβλήματα συστήματος (….)

Δείτε ολόκληρη την συνέντευξη του John Preskill στο βίντεο που ακολουθεί:

πηγή: https://scienceexchange.caltech.edu/topics/quantum-science-explained/ask-expert-quantum/quantum-computers-john-preskill?utm_source=caltechcarousel&utm_medium=web&utm_campaign=csequantum



Κατηγορίες:ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ, ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ, ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ

Ετικέτες: , ,

1 reply

  1. Γνωρίζουμε από τη βιολογία ότι ο ανθρώπινος εγκέφαλος έχει περίπου 86 δις νευρώνες ενώ οι νευρώνες αυτοί πραγματοποιούν (εδώ βρίσκει εφαρμογή μία ενότητα των διακριτών μαθηματικών η συνδυαστική combinatorics) 10^14-10^15 συνάψεις. Eφόσον η μηχανική μάθηση βασίζεται στη μίμηση του ανθρώπινου εγκεφάλου από τους υπολογιστές θεωρώ χωρίς να είμαι ειδικός ότι οι κλασικοί υπολογιστές δεν έχουν τη δυνατότητα να φτάσουν τέτοια μεγέθη οπότε η εκθετική λειτουργία των κβαντικών υπολογιστών (1qbit =2^n bits) είναι η κατάλληλη προκειμένου να φτάσουμε τέτοια μεγέθη.

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για την εξάλειψη των ανεπιθύμητων σχολίων. Μάθετε πως επεξεργάζονται τα δεδομένα των σχολίων σας.

Αρέσει σε %d bloggers: