Η Κβαντική Υπολογιστική είναι η επόμενη μεγάλη τεχνολογική επανάσταση
Καθώς οι ψηφιακοί υπολογιστές μετέβαλαν ριζικά την καθημερινότητά μας, η εισβολή των κβαντικών υπολογιστών προμηνύει ακόμη πιο θεμελιώδεις αλλαγές. Μιλάμε για τη μετάβαση σε μια εποχή όπου η επεξεργασία πληροφοριών αναδιατυπώνεται σε ατομικό επίπεδο εκεί όπου κάθε qubit (στοιχειώδης μονάδα κβαντικής πληροφορίας) αντιστοιχεί σε ένα ηλεκτρόνιο που ταλαντεύεται ταυτόχρονα σε πολλαπλές καταστάσεις.
Σύμφωνα με τον Αμερικανό θεωρητικό φυσικό, επιστήμονα επικοινωνίας και μελλοντολόγο Dr. Michio Kaku στον "αγώνα δρόμου" για την κυριαρχία της κβαντικής τεχνολογίας βρίσκονται όλα τα μεγάλα ονόματα της Silicon Valley, αλλά και υπηρεσίες όπως το FBI και η CIA, αφού η δυνατότητα σπασίματος κλασικών κρυπτογραφημάτων καθιστά την ασφάλεια ψηφιακών δεδομένων κρίσιμη μάχη.
Αναλογικοί πρωτοπόροι.
Στους αρχαίους βυθούς έχει βρεθεί αναλογικός "υπολογιστής" 2.000 ετών
ο μηχανισμός των Αντικυθήρων, σχεδιασμένος να προσομοιώνει την κίνηση της Σελήνης, του Ήλιου και των πλανητών. Με το πέρασμα των αιώνων, από ραβδιά και τα κόκαλα φτάσαμε στα περίπλοκα γρανάζια του Βρετανού Τσαρλς Μπάμπατζ, ο οποίος δημιούργησε μηχανές ικανές να υπολογίζουν γεωγραφικό μήκος, τόξα και οικονομικούς τόκους απαραίτητα εργαλεία για τον τραπεζικό και εμπορικό κόσμο.
Η ψηφιακή έκρηξη.
Ο Β΄ Παγκόσμιος Πόλεμος έθεσε νέες απαιτήσεις η αποκρυπτογράφηση των γερμανικών κωδίκων οδήγησε τον Άλαν Τιούρινγκ στη "μήτρα" της ψηφιακής υπολογιστικής, θεμελιώνοντας τη δυαδική λογική (0–1) και τα πρώτα σχέδια των ηλεκτρονικών τρανζίστορ. Από τότε, κάθε ψηφιακός υπολογιστής είναι θεωρητικά μια υλοποίηση της περίφημης "μηχανής Τιούρινγκ".
Η "γαργαριστική" έννοια της υπεροχής.
Η κβαντική υπεροχή (quantum supremacy) επιτυγχάνεται όταν ένας κβαντικός υπολογιστής ολοκληρώνει μια εργασία ταχύτερα από τον ισχυρότερο ψηφιακό υπερυπολογιστή. Αν και ήδη έχουν σημειωθεί πειραματικές επιδόσεις που ξεπερνούν τα ψηφιακά όρια σε εξειδικευμένα προβλήματα, ο στόχος παραμένει η γενικευμένη υπεροχή δηλαδή η επίλυση οποιουδήποτε υπολογιστικού ζητήματος με αξιοσημείωτη επιτάχυνση.
Προκλήσεις η συνοχή και ο θόρυβος.
Η διατήρηση της κβαντικής συνοχής είναι το μεγαλύτερο τεχνικό εμπόδιο. Τα qubits απαιτούν ψύξη κοντά στο απόλυτο μηδέν για να κρατήσουν τις υπερθετικές καταστάσεις τους συγχρονισμένες. Αν χαθεί η συνοχή, οι κβαντικές κυματοσυναρτήσεις διαταράσσονται αυτό είναι το "θόρυβος" που καταστρέφει τους υπολογισμούς. Η φύση μάς έχει ήδη δείξει παραδείγματα, όπως η φωτοσύνθεση σε φως περιβάλλοντος, όπου οργανισμοί επιτυγχάνουν κβαντική συνοχή σε θερμοκρασίες δωματίου, θέτοντας το πρότυπο για τα εργαστήριά μας.
Εφαρμογές που αλλάζουν τα δεδομένα
Βιοφαρμακευτική
Ενέργεια και περιβάλλον
Υπεροντολογιστική κατανόηση του σύμπαντος
Με επενδύσεις δισεκατομμυρίων, προκλήσεις στον έλεγχο της συνοχής και προοπτικές που αγγίζουν τα όρια της φαντασίας, η κβαντική υπολογιστική δεσμεύεται να μεταμορφώσει την τεχνολογία όπως τη γνωρίζουμε. Ίσως μια ημέρα αυτές οι μηχανές να επιλύσουν σε λίγα δευτερόλεπτα ό,τι ακόμη και οι κορυφαίοι επιστήμονες αδυνατούν.
Η εξέλιξη των υπολογιστικών μηχανών
Αναλογικοί πρωτοπόροι.
Στους αρχαίους βυθούς έχει βρεθεί αναλογικός "υπολογιστής" 2.000 ετών
ο μηχανισμός των Αντικυθήρων, σχεδιασμένος να προσομοιώνει την κίνηση της Σελήνης, του Ήλιου και των πλανητών. Με το πέρασμα των αιώνων, από ραβδιά και τα κόκαλα φτάσαμε στα περίπλοκα γρανάζια του Βρετανού Τσαρλς Μπάμπατζ, ο οποίος δημιούργησε μηχανές ικανές να υπολογίζουν γεωγραφικό μήκος, τόξα και οικονομικούς τόκους απαραίτητα εργαλεία για τον τραπεζικό και εμπορικό κόσμο.
Η ψηφιακή έκρηξη.
Ο Β΄ Παγκόσμιος Πόλεμος έθεσε νέες απαιτήσεις η αποκρυπτογράφηση των γερμανικών κωδίκων οδήγησε τον Άλαν Τιούρινγκ στη "μήτρα" της ψηφιακής υπολογιστικής, θεμελιώνοντας τη δυαδική λογική (0–1) και τα πρώτα σχέδια των ηλεκτρονικών τρανζίστορ. Από τότε, κάθε ψηφιακός υπολογιστής είναι θεωρητικά μια υλοποίηση της περίφημης "μηχανής Τιούρινγκ".
Το άτομο ως θεμέλιο του κβαντικού υπολογισμού.
Ο Ρίτσαρντ Φάινμαν αναρωτήθηκε πόσο μικρό μπορεί να γίνει ένα τρανζίστορ και διαπίστωσε ότι το όριο είναι το ίδιο το άτομο. Σε αντίθεση με τα ψηφιακά bits, που λαμβάνουν μόνο τις τιμές 0 ή 1, τα qubits αξιοποιούν τη φυσική υπέρθεση: ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να βρίσκεται συγχρόνως σε "spin up" και "spin down", εξελίσσοντας την επεξεργαστική δύναμη σε πολλαπλούς παράλληλους κόσμους.
Ο Ρίτσαρντ Φάινμαν αναρωτήθηκε πόσο μικρό μπορεί να γίνει ένα τρανζίστορ και διαπίστωσε ότι το όριο είναι το ίδιο το άτομο. Σε αντίθεση με τα ψηφιακά bits, που λαμβάνουν μόνο τις τιμές 0 ή 1, τα qubits αξιοποιούν τη φυσική υπέρθεση: ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να βρίσκεται συγχρόνως σε "spin up" και "spin down", εξελίσσοντας την επεξεργαστική δύναμη σε πολλαπλούς παράλληλους κόσμους.
Η "γαργαριστική" έννοια της υπεροχής.
Η κβαντική υπεροχή (quantum supremacy) επιτυγχάνεται όταν ένας κβαντικός υπολογιστής ολοκληρώνει μια εργασία ταχύτερα από τον ισχυρότερο ψηφιακό υπερυπολογιστή. Αν και ήδη έχουν σημειωθεί πειραματικές επιδόσεις που ξεπερνούν τα ψηφιακά όρια σε εξειδικευμένα προβλήματα, ο στόχος παραμένει η γενικευμένη υπεροχή δηλαδή η επίλυση οποιουδήποτε υπολογιστικού ζητήματος με αξιοσημείωτη επιτάχυνση.
Προκλήσεις η συνοχή και ο θόρυβος.
Η διατήρηση της κβαντικής συνοχής είναι το μεγαλύτερο τεχνικό εμπόδιο. Τα qubits απαιτούν ψύξη κοντά στο απόλυτο μηδέν για να κρατήσουν τις υπερθετικές καταστάσεις τους συγχρονισμένες. Αν χαθεί η συνοχή, οι κβαντικές κυματοσυναρτήσεις διαταράσσονται αυτό είναι το "θόρυβος" που καταστρέφει τους υπολογισμούς. Η φύση μάς έχει ήδη δείξει παραδείγματα, όπως η φωτοσύνθεση σε φως περιβάλλοντος, όπου οργανισμοί επιτυγχάνουν κβαντική συνοχή σε θερμοκρασίες δωματίου, θέτοντας το πρότυπο για τα εργαστήριά μας.
Εφαρμογές που αλλάζουν τα δεδομένα
Βιοφαρμακευτική
- Προσομοίωση μεγάλων πρωτεϊνών και φαρμάκων σε κβαντικό επίπεδο, επιτρέποντας τον σχεδιασμό νέων θεραπειών για Alzheimer, Parkinson, καρκίνους.
- Εξοικονόμηση χρόνου, ό,τι σήμερα διαρκεί χρόνια σε ψηφιακό υπερυπολογιστή, σε κβαντικό περιβάλλον θα επιλύεται σε ώρες ή λεπτά.
- Εικονικά πειράματα σύντηξης υδρογόνου για σταθεροποίηση αντιδραστήρων, προσεγγίζοντας την καθαρή, απεριόριστη πηγή ισχύος.
- Σχεδιασμός πράσινων καταλυτών και βελτιστοποιημένων λιπασμάτων από μόρια αζώτου, επιλύοντας την παγκόσμια πρόκληση της επισιτιστικής ασφάλειας.
Υπεροντολογιστική κατανόηση του σύμπαντος
- Λύση σύνθετων εξισώσεων γενικής σχετικότητας και κβαντικής βαρύτητας, φέρνοντας στο φως τη «θεωρία των πάντων» που ονειρεύτηκαν ο Αϊνστάιν και ο Στρόιντινγκερ.
- Μοντελοποίηση σχηματισμού μαύρων τρυπών, υπερκαινοφανών και γαλαξιακής εξέλιξης.
