Ο κβαντικός υπολογιστής, το τεχνολογικό Ιερό Δισκοπότηρο που υπόσχεται να αναμορφώσει ριζικά τον κόσμο της επιστήμης και της τεχνολογίας, φαίνεται να βρίσκεται πλέον πιο κοντά στην υλοποίηση από ποτέ και ακριβώς αυτή είναι εδώ και λίγο καιρό η πεποίθηση που διακατέχει τους μηχανικούς και επιστήμονες της Google Quantum AI, οι οποίοι, με επικεφαλής τον Χάρτμουντ Νέβεν, ανακοίνωσαν μια διπλή καινοτομία που τους δίνει ένα σαφές προβάδισμα στον παγκόσμιο «πόλεμο των εγκεφάλων» για την κατάκτηση της περιβόητης «κβαντικής υπεροχής».
Τα διακυβεύματα είναι τεράστια, συγκρίσιμα με εκείνα του ελέγχου της πυρηνικής ενέργειας στις δεκαετίες του 1940 και 1950, και ο ανταγωνισμός είναι σκληρός, με κολοσσούς όπως η IBM, η Xanadu και η Pasqal να εργάζονται πυρετωδώς. Ωστόσο, οι ομάδες της Quantum AI στη Σάντα Μπάρμπαρα, στις οποίες εντάσσεται και ο πρωτοπόρος Γάλλος επιστήμονας Μισέλ Ντεβορέ —τιμημένος με το Νόμπελ Φυσικής το 2025 για τις έρευνές του στα κβαντικά κυκλώματα—, φαίνεται να έχουν πετύχει ένα σημαντικό επίτευγμα. Η καινοτομία τους αφορά δύο βασικούς πυλώνες του κβαντικού υπολογισμού: το υλικό (hardware) και το λογισμικό (software), ανοίγοντας τον δρόμο για έναν αποτελεσματικό και, κυρίως, χρήσιμο κβαντικό υπολογισμό.
Ένα κβαντικό τσιπ όπως παρουσιάστηκε σε έκθεση της Google, στο Σαν Φρανσίσκο, για την τεχνητή νοημοσύνη © EPA/MONICA M. DAVEY
Το Hardware: Ο επεξεργαστής «Willow»
Το πρώτο στάδιο της επιτυχίας χρονολογείται από τον Δεκέμβριο του 2024, όταν η Google Quantum AI παρουσίασε τον νέο της κβαντικό επεξεργαστή, τον Willow. Εξοπλισμένος με 105 qubits (κβαντικά bits, διπλάσια από τον προκάτοχό του, Sycamore), ο Willow ενσαρκώνεται σε ένα φουτουριστικό κρυογονικό σύστημα – ένα χρυσό πολύφωτο – που ψύχει τον επεξεργαστή κοντά στο απόλυτο μηδέν (-273,15 °C).
Τα qubits του Willow είναι κατασκευασμένα από υπεραγώγιμα κυκλώματα (transmons), μια τεχνολογία στην οποία η Google πόνταρε από το 2013, παρά τον αρχικό σκεπτικισμό της επιστημονικής κοινότητας. Ήταν ακριβώς η συμβολή του Μισέλ Ντεβορέ στην απόδειξη των μακροσκοπικών κβαντικών φαινομένων σε τέτοια κυκλώματα που του χάρισε το Νόμπελ.
Ο Willow έφερε την πρώτη απτή απόδειξη ενός αποτελεσματικού συστήματος διόρθωσης κβαντικών σφαλμάτων, μια μείζονα πρόκληση που απασχολεί τους επιστήμονες εδώ και τριάντα χρόνια. Ο Χάρτμουντ Νέβεν δήλωσε ικανοποιημένος, τονίζοντας ότι «ο Willow μπορεί να μειώσει τα σφάλματα εκθετικά καθώς αυξάνουμε την κλίμακα χρησιμοποιώντας περισσότερα qubits».
Πέρα από τη διόρθωση σφαλμάτων, ο Willow επέδειξε μια ιλιγγιώδη κβαντική υπεροχή: εκτέλεσε σε λιγότερο από πέντε λεπτά έναν υπολογισμό που θα απαιτούσε 10^{25} χρόνια από έναν κλασικό υπερυπολογιστή (για σύγκριση, η ηλικία του σύμπαντος είναι της τάξης των 10^{10} ετών). Ωστόσο, ο συγκεκριμένος υπολογισμός (δειγματοληψία τυχαίου κυκλώματος) είχε επιλεγεί επίτηδες για να μεγιστοποιήσει τη διαφορά ισχύος και δεν είχε πρακτική εφαρμογή στην πραγματική ζωή.
Το Software: Ο αλγόριθμος «Quantum Echoes»
Εδώ παρεμβαίνει το δεύτερο και κρισιμότερο στάδιο της καινοτομίας, το λογισμικό, με την ανακοίνωση του Quantum Echoes. Αυτός ο επαναστατικός αλγόριθμος, σχεδιασμένος για να τρέχει στο τσιπ Willow, έρχεται να μετατρέψει την κβαντική υπεροχή από μια αφηρημένη δοκιμή σε μια πραγματική, δυνητικά χρήσιμη εφαρμογή.
Η ανακοίνωση συνοδεύτηκε από δύο δημοσιεύσεις: μία στο περιοδικό Nature και ένα προδημοσίευμα (preprint) στον ιστότοπο ArXiv, με τον μυστηριώδη τίτλο «Κβαντικός υπολογισμός της μοριακής γεωμετρίας μέσω πυρηνικών ηχώ σπιν Ν σωμάτων».
Η μεγάλη αξία του Quantum Echoes είναι ότι:
- Προσφέρει κβαντικό πλεονέκτημα: Θα λειτουργούσε στον Willow 13.000 φορές πιο γρήγορα από τους καλύτερους κλασικούς αλγορίθμους στους ισχυρότερους υπερυπολογιστές του κόσμου.
- Είναι επαληθεύσιμος: Δίνει το ίδιο αποτέλεσμα εάν εφαρμοστεί σε οποιονδήποτε ισοδύναμο κβαντικό υπολογιστή.
- Προσφέρει εφαρμογές στον pραγματικό kόσμο: Η πραγματική δύναμη του Echoes έγκειται στις εφαρμογές του. Ο αλγόριθμος λειτουργεί ως «μοριακός κανόνας», χρησιμοποιώντας δεδομένα από τον Πυρηνικό Μαγνητικό Συντονισμό (NMR) — τον φασματοσκοπικό «ξάδελφο» της μαγνητικής τομογραφίας — για να διερευνήσει τη δομή των μορίων. Αυτό έδειξε το τεστ που πραγματοποιήθηκε, σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο του Μπέρκλεϊ, σε δύο μόρια, το ένα με 15 άτομα (τολουόλιο, τύπου C7H8), το άλλο με 28 (το 3,5-διμεθυλοδιφαινύλιο, τύπου C14H14).
Ο NMR, ενισχυμένος έτσι χάρη στον κβαντικό αλγόριθμο Echoes, θα μπορούσε να γίνει ένα ισχυρό εργαλείο στην υπηρεσία της ανακάλυψης νέων φαρμάκων (επιτρέποντας την καλύτερη κατανόηση του πώς τα θεραπευτικά μόρια συνδέονται με τους στόχους τους) ή για τον χαρακτηρισμό της μοριακής δομής νέων υλικών όπως πολυμερή, καταλύτες ή εξαρτήματα ηλεκτρικών μπαταριών.
«Υπό το φως των αποτελεσμάτων που επιτεύχθηκαν από τον τελευταίο μας αλγόριθμο στον Willow, είμαστε αισιόδοξοι ότι μέσα σε πέντε χρόνια θα δούμε να αναδύονται νέες εφαρμογές που θα είναι δυνατές μόνο με κβαντικούς υπολογιστές», προβλέπει ο Χάρτμουντ Νέβεν. «Μετά τον Willow, ο Echoes αποτελεί ένα νέο βήμα προς την εποχή της κβαντικής πληροφορικής σε μεγάλη κλίμακα», σχολιάζει από την πλευρά του ο Μισέλ Ντεβορέ.
Οι βασικές ημερομηνίες του σπουδαίου εγχειρήματος της Google
- 2012: Ίδρυση της Google Quantum AI.
- 2013: Η Google αποφασίζει να κατασκευάσει κβαντικούς υπολογιστές βασισμένους στα υπεραγώγιμα qubits.
- 2019: Η Google φέρνει την πρώτη απόδειξη ενός κβαντικού υπολογιστή που ξεπερνά έναν κλασικό υπερυπολογιστή.
- 2024: Η Google παρουσιάζει το τσιπ Willow.
- 2025: Βραβείο Νόμπελ Φυσικής στον Μισέλ Ντεβορέ και παρουσίαση του αλγορίθμου Echoes στον Willow.
