Η κβαντική υπολογιστική υπόσχεται να λύσει το φαινομενικά άλυτο σε τομείς όπως η φυσική, η ιατρική, η κρυπτογραφία και άλλα.
Καθώς όμως εντείνεται ο αγώνας για την ανάπτυξη της πρώτης εμπορικής, μεγάλης κλίμακας και χωρίς σφάλματα συσκευής, προκύπτει το ερώτημα: «πώς μπορούμε να ελέγξουμε ότι αυτές οι “αδύνατες” λύσεις είναι σωστές;»
Νέα μελέτη από το Swinburne διερευνά το παράδοξο
Μια νέα μελέτη του Πανεπιστημίου Τεχνολογίας Swinburne αντιμετωπίζει αυτό το παράδοξο. Η εργασία δημοσιεύεται στο περιοδικό Quantum Science and Technology.
«Υπάρχει ένα φάσμα προβλημάτων που ούτε ο ταχύτερος υπερυπολογιστής στον κόσμο μπορεί να λύσει, εκτός αν κάποιος είναι πρόθυμος να περιμένει εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια χρόνια για μια απάντηση», λέει ο επικεφαλής συγγραφέας, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Κέντρο Θεωρίας Κβαντικής Επιστήμης και Τεχνολογίας του Swinburne, Alexander Dellios.
«Επομένως, για να επικυρώσουμε τους κβαντικούς υπολογιστές, χρειάζονται μέθοδοι που να συγκρίνουν θεωρία και αποτέλεσμα χωρίς να περιμένουμε χρόνια για να εκτελέσει την ίδια εργασία ένας υπερυπολογιστής.»
Η ομάδα του Swinburne δημιούργησε μεθόδους επικύρωσης για GBS
Η ομάδα του Swinburne ανέπτυξε μεθόδους για την επικύρωση των εξόδων ενός συγκεκριμένου τύπου κβαντικού υπολογιστή που ονομάζεται Gaussian Boson Sampler (GBS). Αυτός ο κβαντικός υπολογιστής χρησιμοποιεί φωτόνια, δηλαδή σωματίδια φωτός, για να υπολογίσει πιθανότητες που θα χρειάζονταν χιλιάδες χρόνια για να λυθούν από τον ταχύτερο υπερυπολογιστή του κόσμου.
«Μέσα σε λίγα λεπτά σε ένα φορητό υπολογιστή, οι μέθοδοι που αναπτύξαμε μας επιτρέπουν να προσδιορίσουμε εάν ένα πείραμα GBS δίνει το σωστό αποτέλεσμα και ποια σφάλματα, αν υπάρχουν, υπάρχουν.»
Επαλήθευσαν πείραμα που θα χρειαζόταν 9.000 χρόνια για αναπαραγωγή
Για να παρουσιάσουν τη μέθοδο, η ομάδα επικύρωσε ένα πρόσφατο πείραμα GBS που θα χρειαζόταν τουλάχιστον 9.000 χρόνια για να αναπαραχθεί με χρήση υφιστάμενων υπερυπολογιστών. Διαπίστωσαν ότι η κατανομή πιθανοτήτων του GBS δεν αντιστοιχούσε σε αυτό που προσπαθούσε να αναπαράγει το πείραμα, με επιπλέον θόρυβο παρόντα στο πείραμα που δεν είχε αναλυθεί.
Το επόμενο βήμα: Έχασε το πείραμα τον «κβαντισμό» του;
Πρέπει τώρα να στραφούν στο να διαπιστώσουν αν η αναπαραγωγή της εναλλακτικής κατανομής αποτελεί υπολογιστικά δύσκολο έργο ή αν αυτά τα σφάλματα προκάλεσαν την απώλεια του «κβαντισμού» του υπολογιστή.
Η απάντηση σε αυτό το ερώτημα θα ανοίξει τον δρόμο για εμπορικούς κβαντικούς υπολογιστές χωρίς σφάλματα, στους οποίους ο Dellios ελπίζει να βρίσκεται στην πρώτη γραμμή.
Η επανάσταση των κβαντικών υπολογιστών βασίζεται στην επαλήθευση
«Η ανάπτυξη μεγάλων, χωρίς σφάλματα κβαντικών υπολογιστών είναι ένας άθλος Ηρακλής, που, αν επιτευχθεί, θα φέρει επανάσταση σε τομείς όπως η ανάπτυξη φαρμάκων, η τεχνητή νοημοσύνη, η κυβερνοασφάλεια και θα μας επιτρέψει να εμβαθύνουμε στην κατανόηση του φυσικού σύμπαντος.
«Ένα ζωτικό συστατικό αυτής της αποστολής είναι η ανάπτυξη επεκτάσιμων μεθόδων για την επικύρωση των κβαντικών υπολογιστών, που θα αυξήσουν την κατανόησή μας για τα σφάλματα που επηρεάζουν αυτά τα συστήματα και το πώς να τα διορθώσουμε, διασφαλίζοντας ότι διατηρούν την κβαντικότητά τους».
More information: Alexander S Dellios et al, Validation tests of Gaussian boson samplers with photon-number resolving detectors, Quantum Science and Technology (2025). DOI: 10.1088/2058-9565/adfe16
Journal information: Quantum Science and Technology
Provided by Swinburne University of Technology
