QUANTUM COMPUTERS

Οι κβαντικοί υπολογιστες αλληλοελέγχονται

29 Σεπτεμβρίου 2013 13:00

Το σλόγκαν

"Ελέγξτέ το δύο φορές". Οι κβαντικοί υπολογιστές βασίζονται σε ομάδες από εμπλεκόμενα συμπλέγματα των  qubits - μονάδες των δεδομένων που ενσωματώνουν πολλές καταστάσεις ταυτόχρονα - για την επίτευξη υπερταχυτάτων επεξεργασιών. Νέα έρευνα δείχνει ότι ένας τέτοιος υπολογιστής μπορεί να ελέγξει τις λύσεις ενός άλλου .

Οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να λύσουν πολύ πιο σύνθετα  προβλήματα από ότι οι κανονικοί υπολογιστές , τουλάχιστον στη θεωρία. Γι 'αυτό και ερευνητικές ομάδες σε όλο τον κόσμο έχουν προσπαθήσει να τους φτιάξουν  εδώ και δεκαετίες . Αλλά αυτή η εξαιρετική δύναμη ενός κβαντικού υπολογιστή θέτει ένα ανησυχητικό ερώτημα : Πώς θα ξέρουμε αν τα αποτελέσματα ενός κβαντικού υπολογιστή είναι αληθινά , αν δεν υπάρχει κάποιος τρόπος να τους ελέγξουμε ; Η απάντηση , είναι ότι όπως οι επιστήμονες αποκαλύπτουν ένας απλός κβαντικός υπολογιστής , του οποίου οι άνθρωποι μπορούν να επαληθεύσουν τα αποτελέσματα , μπορεί με τη σειρά του να ελέγχει τα αποτελέσματα  άλλων κβαντικών υπολογιστών, μάλιστα δραματικά πιο ισχυρών κβαντικών μηχανών.

Οι κβαντικοί υπολογιστές βασίζονται στην περίεργη συμπεριφορά της κβαντικής μηχανικής όπου τα άτομα και άλλα σωματίδια μπορεί φαινομενικά να υπάρχουν σε δύο ή περισσότερα μέρη ταυτόχρονα , ή να " εμπλακούν " με τους εταίρους , κάτι που σημαίνει ότι μπορεί να επηρεαστούν ακαριαία μεταξύ τους ανεξάρτητα από την απόσταση . Ενώ στους κλασικούς υπολογιστές συμβολίζονται  τα δεδομένα ως bits , μια σειρά από άσσους και μηδενικά που εκφράζονται με ελαφριά χτυπήματα switchlike σε τρανζίστορ,  οι κβαντικοί υπολογιστές  χρησιμοποιούν κβαντικά bits ( qubits ), που μπορεί να είναι ουσιαστικά και να σβήνουν ταυτόχρονα , ή σε οποιαδήποτε on/ off συνδυασμό, όπως 32 % σε 68% και μακριά.

Επειδή κάθε qubit μπορεί να ενσαρκώσει τόσες πολλές διαφορετικές καταστάσεις , οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν να υπολογίσουν ορισμένες κατηγορίες προβλημάτων δραματικά πιο γρήγορα από τούς κανονικούς υπολογιστές με το τρέξιμο μέσα από κάθε συνδυασμό των δυνατοτήτων ταυτόχρονα . Για παράδειγμα , ένας κβαντικός υπολογιστής με 300 qubits θα μπορούσε να εκτελεί περισσότερους υπολογισμούς σε μια στιγμή από όσα άτομα υπάρχουν  στο σύμπαν .

Επί του παρόντος , τα σημερινά δεδομένα για τους  κβαντικούς υπολογιστές αφορούν μόνο λίγα qubits »κάτι που μπορεί εύκολα να ελεγχθεί από ένα κλασικό υπολογιστή , ή σε ένα κομμάτι χαρτί », λέει ο κβαντικός φυσικός Philip Walther του Πανεπιστημίου της Βιέννης . Ωστόσο οι ικανότητες τους θα μπορούσαν να ξεπεράσουν τους συμβατικούς υπολογιστές " στο  όχι και τόσο μακρινό μέλλον , »προειδοποιεί , κάτι πού θέτει ως προαπαιτούμενο το πρόβλημα της επαλήθευσης .

Οι επιστήμονες έχουν προτείνει μερικούς τρόπους για αυτό το αίνιγμα που θα περιλαμβάνει υπολογιστές με μεγάλο αριθμό qubits ή δύο πεπλεγμένους  κβαντικούς υπολογιστές . Αλλά αυτά εξακολουθούν να βρίσκονται έξω από την εμβέλεια της σημερινής τεχνολογίας .

Τώρα ,ο κβαντικός φυσικός Stefanie Barz στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης , μαζί με το Walther και τους συναδέλφους τους , έχει μια νέα στρατηγική για την επαλήθευση . Στηρίζεται σε μια τεχνική, γνωστή ως τυφλή τεχνική για κβαντικούς υπολογιστές , μια ιδέα που πρώτος έδειξε σε ένα χαρτί το 2012 στο περιοδικό Science . Ένας κβαντικός υπολογιστής λαμβάνει qubits και ολοκληρώνει μια εργασία μαζί τους , αλλά παραμένει στα τυφλά σε ότι αφορά την είσοδο και την έξοδο των δεδομένων, και ακόμη και του είδους του υπολογισμού που εκτελείται .

Για να ελέγξουν την ακρίβεια του μηχανήματος , οι ερευνητές πραγματοποιούν μια εργασία σε υπολογιστές με ενδιάμεσους υπολογισμούς «παγίδες» -short  υπολογισμούς στους οποίους ο χρήστης γνωρίζει από πριν το αποτέλεσμα . " Σε περίπτωση που ο κβαντικός υπολογιστής δεν κάνει σωστά τη δουλειά του , η παγίδα παραδίδει ένα αποτέλεσμα που διαφέρει από το μοναδικό αναμενόμενο, " εξηγεί ο Walther. Οι παγίδες αυτές επιτρέπουν στο χρήστη να αναγνωρίζει πότε ο κβαντικός υπολογιστής είναι ανακριβής ,αναφέρουν σήμερα οι ερευνητές  στο περιοδικό Nature . Tα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι ένας κβαντικός υπολογιστής μπορεί να επαληθεύσει τα αποτελέσματα ενός άλλου , και ότι, θεωρητικά, ένα  οποιοδήποτε εύρος υπολογισμών του κβαντικού υπολογιστή μπορεί να ελέγξει ένα οποιοδήποτε άλλο ,λέει ο Walther .

Η ύπαρξη των μη ανιχνεύσιμων λαθών θα εξαρτάται από το συγκεκριμένο κβαντικό υπολογιστή και τον υπολογισμό που πραγματοποιεί . Παρόλα αυτά ,όσο περισσότερες  παγίδες έχουν χτιστεί στα καθήκοντα , τόσο καλύτερα αποτελέσματα μπορούν να εξασφαλιστούν και ότι ο κβαντικός υπολογιστής που κάνει την  δοκιμή, μπορεί και υπολογίζει με ακρίβεια . « Η δοκιμή είναι σχεδιασμένη με τέτοιο τρόπο ώστε ο κβαντικός υπολογιστής δεν μπορεί να διακρίνει την παγίδα από τα κανονικά καθήκοντα, " λέει ο Walther .

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα 4 - qubit κβαντικό υπολογιστή ως ελεγκτή , αλλά και κάθε υπολογισμό κάποιου εύρους μεγέθους που θα κάνει , όσο πιο πολλά qubits τόσο το καλύτερο , σημειώνει ο Walther . Η τεχνική είναι επεκτάσιμη , έτσι ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί ακόμα και σε υπολογιστές με εκατοντάδες qubits , λέει , και μπορεί να εφαρμοστεί σε οποιαδήποτε από τις πολλές υπάρχουσες πλατφόρμες κβαντικών υπολογιστών.

" Όπως σχεδόν όλα τα τρέχοντα πειράματα κβαντικής πληροφορικής , έτσι και αυτό έχει σήμερα την ιδιότητα μιας διασκεδαστικής  επίδειξης  απόδειξης της έννοιας, και όχι κάτι που είναι άμεσα χρήσιμο ακόμα», λέει ο θεωρητικός επιστήμονας Scott Aaronson στο Massachusetts Institute of Technology στο Cambridge. Αλλά αυτό δεν αναιρεί τη σημασία αυτών των ανακοινώσεων , προσθέτει . "Είμαι πολύ χαρούμενος που τελειώσαμε , δεδομένου ότι είναι αναγκαία κάποια  πρώτα βήματα , αν πρόκειται ποτέ να έχουμε χρήσιμους κβαντικούς υπολογιστές . "

Μετάφραση από το περιοδικό SCIENCE 6/10/2013