Η δημιουργία λειτουργικών κβαντικών υπολογιστών θα κάνει τους καλύτερους υπερ-υπολογιστές μας να φαίνονται λίγο σαν άβακες ή αριθμητήρια τονίζει ο Δημήτρης Αγγελάκης, μιλώντας στο insider.gr

O Έλληνας διακεκριμένος επιστήμονας και ερευνητής που ανακάλυψε την «κβαντική πεταλούδα»  θα βρίσκεται στην Ελλάδα για να περιγράψει τις βασικές έννοιες πίσω από τους Κβαντικούς Υπολογιστές χωρίς τεχνικούς όρους καθώς και για το τι μπορεί να σημαίνουν όλα αυτά για την αγορά και την βιομηχανία και το ευρύ κοινό.

Ο ηλεκτρονικός υπολογιστής έχει καθορίσει τον σύγχρονο πολιτισμό, ωστόσο κάποιοι ισχυρίζονται ότι η τεχνολογία έχει περιορισμούς τους οποίους μπορούμε να ξεπεράσουμε με την κβαντομηχανική. Ποιοι είναι αυτοί οι περιορισμοί και τι εντέλει είναι η κβαντομηχανική;

Παράγουμε παγκοσμίως περισσότερα από 2.5 exabytes από δεδομένα κάθε μέρα. (exa=10^18) ή 250,000 Βιβλιοθήκες του Κογκρέσου των ΗΠΑ ή ότι χωράει σε 5,000.000 λάπτοπ!  .

Για να επεξεργαστούμε όλα αυτά τα δεδομένα, η ισχύ και η μνήμη των υπολογιστών διπλασιάζεται περίπου κάθε δυο χρόνια τα τελευταία 20-30 χρόνια (Νόμος του Moore). Περισσότερη υπολογιστική ισχύ σημαίνει περισσότερα τρανζίστορ σε μικρότερο χώρο.

Τον τελευταίο χρόνο έχουμε φτάσει πλέον σε μεγέθη τρανζίστορ  με επαφές μόλις μερικών ατόμων. Σε αυτό το επίπεδο οι νόμοι της Φυσικής και του Ηλεκτρισμού όπως τους ξέρουμε στον Μακρόκοσμο καταρρέουν και κυβερνά η Κβαντομηχανική. Τα άτομα ή το ένα άτομο σε αυτό το ατομο-τρανζιστορ δηλαδή, μπορεί να είναι σε δύο ή περισσότερες θέσεις ταυτόχρονα ή να έχει αντίστοιχα  περισσότερες από μια λογικές τιμές, και 0 και 1 μαζί!

Αυτό λέγεται κβαντικός παραλληλισμός. Με δύο qubits έχεις 00, 01, 10, 11 ή 4 αριθμούς ταυτόχρονα, με τρία 8, με 50, ένα exabyte, me 300 qubits περισσότερους από όσα άτομα υπάρχουν σε όλο το Σύμπαν!

Ποιες υπολογιστικές δυνατότητες ανοίγει στο μέλλον η κβαντομηχανική και τι εφαρμογές θα μπορούσε να έχει δυνητικά στην καθημερινότητά μας;

Ο κβαντικός παραλληλισμός επιτρέπει το σχεδιασμό και  την υλοποίηση  αλγορίθμων με εκθετική αύξηση της ταχύτητας σε μια σειρά προβλημάτων με πολλές εφαρμογές στην βιομηχανία, στην άμυνα, στην κρυπτογραφία αλλά και στην βιολογία και την χημεία.

Προβλήματα στην παραγοντοποίηση μεγάλων αριθμών για παράδειγμα (το pin της πιστωτικής μας κάρτας είναι παράγοντας ενός πολύ μεγάλου αριθμού), θέλουν μήνες ή χρόνια για "σπαστούν" σε κλασσικούς σουπερ- υπολογιστές, (για αυτό είναι και ασφαλή αυτά τα συστήματα κρυπτογραφίας). Με ένα κβαντικό υπολογιστή μπορούν να "σπαστούν" σε λεπτά ή δευτερόλεπτα!

 Το ίδιο ισχύει για άλλα δύσκολα προβλήματα όπως η αναζήτηση ενός στοιχείου σε ένα μεγάλο κατάλογο (όταν έχεις το τηλέφωνο και ψάχνεις το όνομα για παράδειγμα).

Η δημιουργία λειτουργικών κβαντικών υπολογιστών με μόλις 1000 qubits θα κάνει τους καλύτερους υπερ-υπολογιστές μας που έχουν τώρα γύρω στα 1.000.000.000.000.000.000 κλασσικά μπιτς, να φαίνονται λίγο σαν άβακες ή αριθμητήρια.

 Πρόσφατα συνεργαστήκατε με την Google για την υλοποίηση κβαντικών προσομοιώσεων σε πρότυπο κβαντικό επεξεργαστή και τα ερευνητικά αποτελέσματα χαρακτηρίστηκαν ως «σταθμός» στο πεδίο. Θα μπορούσατε με απλά λόγια να μας μιλήσετε για τους κβαντικούς προσομειωτές και για την έρευνα;

Οι κβαντικοί προσομοιωτές είναι ειδικού τύπου κβαντικοί υπολογιστές, σχεδιασμένοι να λύνουν δύσκολα ή και άλυτα μέχρι τώρα προβλήματα, όχι μόνο στη Φυσική, αλλά και στη Χημεία, στην επιστήμη Υλικών, και στη Βιολογία. Αναμένεται να έχουν πολλαπλές εφαρμογές  μεταξύ άλλων στο σχεδιασμό νέων προηγμένων υλικών,  χημικών ενώσεων ακόμα και φαρμάκων με ειδικές ιδιότητες.  Δουλεύουμε εδώ και καιρό πάνω στην ιδέα της χρήσης φωτόνιων  σε κβαντικά τσιπ για κβαντικούς προσομοιωτές.  Με την συνεργασία με την Google τα παραπάνω έγιναν  πραγματικότητα.

Την προσομοίωση της Πεταλούδας του Hofstaedter ακολούθησε αυτή  του «πολύ-σωματιδιακού εντοπισμού», ενός από τα πιο δύσκολα προβλήματα  στη φυσική τα τελευταία χρόνια.  Ποια τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την μελέτη αυτού του πολύπλοκου φαινομένου;

Η φρακταλική δομή της Πεταλούδας είχε προβλεφθεί το 1976 και χαρακτηρίζει τις ενέργειες των ηλεκτρόνιων μέσα σε πολύ ισχυρά μαγνητικά πεδία. Μέχρι τώρα η παρατήρηση της ήταν αρκετά δύσκολη έως αδύνατη  λόγω των τεράστιων τιμών του μαγνητικού πεδίου που απαιτούνταν.   Εγώ με την ομάδα μου προτείναμε την προσομοίωση του φαινομένου με την χρήση φωτονίων παγιδευμένων μέσα σε υπεραγώγιμα κυκλώματα στο ρόλο των ηλεκτρονίων, το δε μαγνητικό πεδίο προσομοιώθηκε από ειδικές πύλες στο κβαντικό κύκλωμα. Η ομάδα της Google πραγματοποίησε το πείραμα σε ένα κβαντικό τσιπ με 9 qubits) με  τα αποτελέσματα να επαληθεύουν πλήρως τους υπολογισμούς της ομάδας μας.

Σύντομα θα σας δούμε και επί ελληνικού εδάφους.  Τι να αναμένουμε από την ομιλία σας;

Θα προσπαθήσω να περιγράψω τις βασικές έννοιες πίσω από τους Κβαντικούς Υπολογιστές χωρίς τεχνικούς όρους. Θα μιλήσω για το state of art παγκοσμίως στο πεδίο στα Πανεπιστήμια αλλά και σε εταιρείες όπως η Google και η ΙΒΜ,  όπως και το τι μπορεί να σημαίνουν όλα αυτά για την αγορά και την βιομηχανία  και το ευρύ κοινό.