Va înlocui calculatorul cuantic calculatoarele actuale? Acest lucru ar fi util, desigur, în special pentru operaţiuni care necesită o viteză superioară de calcul, cum este cea pe care o promit computerele cuantice, ce folosesc qubiti în loc de biți. Cercetătorii de la Google au folosit Sycamore - un computer cuantic cu 53 de qubiți - pentru a demonstra, pentru prima dată, că pentru o anumită operațiune, pentru executarea căreia un computer clasic ar fi avut nevoie de mii de ani, Sycamore a executat-o în aproximativ un minut.
Visul de a realiza un computer cuantic capabil să efectueze operațiuni mult mai rapid decât cele mai bune calculatoare actuale a luat naştere acum mai bine de zece ani. Atunci când un calculator cuantic ar reuşi să efectueze calcule într-un timp relativ scurt, calcule pentru care cel mai bun computer actual ar lucra foarte mult timp, vorbim despre supremația cuantică.
Supremaţia cuantică este visul multor grupuri de cercetători, care folosesc diferite sisteme cuantice pentru a realiza computere cu un număr tot mai mare de qubiti, capabile să bată calculatoarele actuale. Competiţia pare să fi fost câștigată de cercetătorii de la Google, care au folosit un computer cuantic cu 53 de qubiti pentru a efectua calcule imposibile pentru computerele actuale.
Calculatorul cuantic folosit se numește Sycamore și se bazează pe 54 de qubiti realizaţi cu circuite supraconductoare. Dintre acestea, în testul privind supremația cuantică, unul nu a funcționat - așa că au fost utilizaţi 53 de qubiti.
Ce este un qubit? Este echivalentul cuantic al bitului. Bitul din calculatoarele actuale - cele pe care le avem cu toții (cel puţin în telefoanele mobile) - folosesc circuite prin care trece sau nu trece curentul electric – foloseşte un cod binar de 0 și 1 - așa-numiţii biți. Cu acești biți sunt realizate o serie de operațiuni (ȘI, SAU, NU etc) cu ajutorul cărora se poate practic realiza orice calcul – într-o perioadă de timp mai mult sau mai puțin lungă.
Calculatoarele cuantice se bazează pe o proprietate cuantică extrem de interesantă: superpoziția stărilor cuantice, ilustrată și de faimosul paradox al pisicii lui Schroedinger; pisica, într-un sistem cuantic, este considerată şi moartă şi vie în acelaşi timp, până în momentul în care se efectuează măsurătoarea, iar pisica va fi găsită vie sau moartă. Prin urmare, având în vedere că un qubit este 0 și 1 simultan, puterea de calcul al unui calculator cuantic, cel puțin în principiu, este mult mai mare decât cea a unui calculator care folosește biții clasici. Algoritmii cuantici echivalenți celor clasici însă nu sunt încă bine puşi la punct: totuşi, pentru anumite operaţiuni este posibil să fie efectuate calcule care pot fi comparate, ca viteză, cu cele efectuate de un calculator clasic.
În acest context cercetătorii de la Google au publicat un articol online pe site-ul NASA în care arătau că Sycamore a reuşit să rezolve o problemă matematică într-un interval de timp de circa un minut, în timp ce chiar și cel mai puternic calculator actual ar fi lucrat mai bine de 10.000 de ani!
Articolul a rămas pe site o durată scurtă de timp - după care a fost retras. De ce? Se crede că cercetătorii de la Google intenționează să-l publice într-un jurnal peer-reviewed după verificări ulterioare. Cu toate acestea mulți au reuşit să-l citească şi studieze.
Așadar, a fost obţinută supremaţia cuantică? Da - pentru problema prezentată. Dar această problemă este marginală și, după cum spun unii cercetători, neinteresantă.
Până la o adevărată supremaţie cuantică sunt încă multe de făcut! Mai întâi creşterea numărului de qubiţi - de la câteva zeci la sute sau mii! Nu este însă deloc ușor, deoarece pentru a menține un sistem cuantic într-o stare coerentă este necesar să izolăm sistemul și să îl tratăm cu mare atenție - altfel starea cuantică colapsează și... adio qubiţi!
Întrucât decoerenţa, mai devreme sau mai târziu, are loc - ceea ce se face este o corecţie a erorilor - în prezent lucrăm la proceduri care sunt din ce în ce mai robuste pentru a ține cont, în mod precis, de decorerență. De asemenea, trebuie să fim siguri că mecanica cuantică este teoria valabilă la nivelul oricărui sistem, oricât de mic sau mare ar fi acesta - din acest punct de vedere, autoarea acestui articol lucrează în diverse proiecte care testează mecanica cuantică atât în laboratorul subteran de la Gran Sasso - LNGS-INFN (Proiectele VIP-2 și PAMQ, acesta din urmă finanțat de Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche Enrico Fermi și de către FQXi), cât și cu sisteme macroscopice în cadrul proiectului european H2020 FET Open TEQ (Testing the Large Scale Limit of Quantum Mechanics).
Rezultatul obținut este o demonstrație de principiu - supremaţia cuantică este posibilă. În viitor, cu ajutorul calculatoarelor cuantice am putea efectua calcule imposibile la ora actuală. La ce ar folosi? De la medicină la prelucrarea volumelor mari de date, de la biologie la studiul schimbărilor climatice, de la studiul creierului până la studiul mecanicii cuantice însăşi. Și cine știe ce alte minunaţii cuantice!
Iată mai jos o analiză a articolului Google privind supremaţia cuantică realizată de Cristian Presură.
În fine, o explicaţie scurtă, la obiect, cu privire la obţinerea supremaţiei cuantice de către Google (subtitrare în lb. englează).
Bibliografie suplimentară:
Psys.org
Forbes.com
