Σε ένα ορόσημο για την κβαντική υπολογιστική, ερευνητές κατάφεραν να επιτύχουν το πολυπόθητο «άγιο δισκοπότηρο» του χώρου – μια εκθετική επιτάχυνση σε σχέση με τους κλασικούς υπολογιστές που δεν απαιτεί καμία υπόθεση ή επιφύλαξη.
Η πρωτοποριακή μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο Physical Review X, πραγματοποιήθηκε υπό την ηγεσία του καθηγητή Daniel Lidar από το Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνιας, σε συνεργασία με ερευνητές από το USC και το Πανεπιστήμιο Johns Hopkins. Η ομάδα αξιοποίησε δύο από τους ισχυρούς κβαντικούς επεξεργαστές Eagle των 127 qubit της IBM για να λύσει μια παραλλαγή του «προβλήματος του Simon», ενός μαθηματικού γρίφου που θεωρείται πρόδρομος του αλγορίθμου παραγοντοποίησης του Shor.
«Η εκθετική επιτάχυνση είναι το πιο εντυπωσιακό είδος επιτάχυνσης που αναμένουμε από τους κβαντικούς υπολογιστές», εξηγεί ο Lidar, που κατέχει την Έδρα Μηχανικής Viterbi στο USC. Αυτό που καθιστά το επίτευγμα ιδιαίτερα σημαντικό είναι ότι η επιτάχυνση είναι «άνευ όρων» – δηλαδή δεν βασίζεται σε καμία ατεκμηρίωτη υπόθεση σχετικά με τους κλασικούς αλγορίθμους.
Οι ερευνητές ξεπέρασαν το μεγαλύτερο εμπόδιο της κβαντικής υπολογιστικής – τον θόρυβο ή τα υπολογιστικά σφάλματα – εφαρμόζοντας προηγμένες τεχνικές μετριασμού σφαλμάτων. Αυτές περιλάμβαναν δυναμική αποσύζευξη, βελτιστοποίηση μεταγλώττισης (transpilation) και μετριασμό σφαλμάτων μέτρησης, επιτρέποντας στους κβαντικούς επεξεργαστές να διατηρήσουν τη συνοχή τους αρκετά ώστε να ολοκληρώσουν τους υπολογισμούς.
Αν και ο Lidar επισημαίνει ότι η συγκεκριμένη επίδειξη δεν έχει άμεσες πρακτικές εφαρμογές πέρα από εξειδικευμένα προβλήματα, επιβεβαιώνει με σαφήνεια τη θεωρητική υπόσχεση της κβαντικής υπολογιστικής. «Ο διαχωρισμός στην απόδοση δεν μπορεί να αντιστραφεί, επειδή η εκθετική επιτάχυνση που επιδείξαμε είναι, για πρώτη φορά, άνευ όρων», σημειώνει.
Το επίτευγμα αυτό έρχεται καθώς η IBM συνεχίζει να προωθεί τον κβαντικό της οδικό χάρτη, ανακοινώνοντας πρόσφατα σχέδια για την κατασκευή ενός μεγάλης κλίμακας, ανθεκτικού σε σφάλματα κβαντικού υπολογιστή έως το 2029. Η εταιρεία έχει αναπτύξει ένα νέο σχήμα διόρθωσης σφαλμάτων, γνωστό ως κβαντικοί κώδικες χαμηλής πυκνότητας ισοτιμίας (qLDPC), που θα μπορούσε να μειώσει δραστικά τους πόρους που απαιτούνται για πρακτική κβαντική υπολογιστική.
Για την τεχνητή νοημοσύνη και τα υπολογιστικά πεδία, αυτή η ανακάλυψη σηματοδοτεί ότι η κβαντική υπολογιστική μεταβαίνει από θεωρητική δυνατότητα σε πρακτική πραγματικότητα. Καθώς τα κβαντικά συστήματα συνεχίζουν να κλιμακώνονται και τα ποσοστά σφαλμάτων μειώνονται, υπόσχονται εκθετικά ταχύτερη επεξεργασία για πολύπλοκα μοντέλα τεχνητής νοημοσύνης, προβλήματα βελτιστοποίησης και προσομοιώσεις που παραμένουν αδύνατο να λυθούν από τους κλασικούς υπολογιστές.