Va înlocui calculatorul cuantic calculatoarele actuale? Acest lucru ar fi util in special atunci cand anumite operațiuni ar fi mult mai rapide pe computerele cuantice – ce folosesc qubitii în loc de biții actuali. 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 care ar fi nevoie de mii de ani pentru un computer actual, Sycamore reuseste sa o duca la bun sfarsit 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 nastere acum mai bine de zece ani. Atunci când un calculator cuantic ar reusi să efectueze calcule intr-un timp relativ scurt, calcule pentru care cel mai bun computer actual ar lucra foarte mult timp, vorbim despre supremația cuantică. Suprematia cuantica 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. Competitia 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 realizati cu circuite supraconductoare. Dintre acestea, în testul privind supremația cuantică, unul nu a funcționat - așa că au fost utilizati 53 de qubiti.
Ce este un qubit? Este echivalentul cuantic al bitului. Bitul din calculatoarele actuale - cele pe care le avem cu toții (cel putin în telefoanele mobile) folosesc circuite prin care trece sau nu trece curentul electric – foloseste un cod binar de 0 și 1 - așa-numitele biți. Cu acești biți sunt realizate o serie de operațiuni (ȘI, SAU, NU etc) cu ajutorul carora se poate practic realiza orice calcul – într-o perioada de timp mai mult sau mai puțin lunga.
Calculatoarele cuantice se bazează pe o proprietate cuantică extrem de interesanta: superpoziția starilor cuantice, ilustrată și de faimosul paradox al pisicii lui Schroedinger - pisica care este si moarta si vie in acelasi timp. 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 insa nu sunt încă bine pusi la punct: totusi, pentru anumite operatiuni este posibil sa fie facute calcule care pot fi comparate, ca viteză, cu cele efectuate de un calculator clasic.
In acest context cercetătorii de la Google au publicat un articol online pe site-ul NASA în care arătau cel puțin pentru o anumită problemă - o secvență de instrucțiuni care cerea ca un număr de qubits excitați ce trebuia să fie constant în timpul unui numar arbitrat de operatiuni, Sycamore a reusit sa rezolve aceasta problema intr-un interval de time 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 durata scurtă de timp - după care a fost retras: mister! De ce? Se crede că cercetătorii de la Google intenționează să-l publice într-un jurnal peer-reviewed dupa verificări ulterioare. Cu toate acestea mulți au reusit sa-l citeasca si studieze. Așadar, ne aflăm în Suprematia Cuantica? Da - pentru problema prezentată. Dar ... această problemă este marginală și, după cum spun unii cercetatori, neinteresanta.
Până la o adevărată Suprematie Cuantica sunt inca multe de facut! Mai întâi cresterea numărului de qubiti - de la câteva zeci la sute sau mii! Nu este insa deloc ușor, deoarece pentru a menține un sistem cuantic într-o stare corerenta – cea în care trăiesc qubitii - este necesar să izolăm sistemul și să îl tratăm cu mare atenție - altfel starea cuantică colapseaza și ... adio qubiti! Întrucât decoerenta mai devreme sau mai târziu are loc - ceea ce se face este o corectie 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 oricarui sistem, oricat de mic sau mare ar fi acesta - din acest punct de vedere, autoarea acestui articol lucreaza în diverse proiecte care testează mecanica cuantică atât în laboratoarul 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 catre FQXi) cat și cu sisteme macroscopice in cadrul proiectului european H2020 FET Open TEQ (Testing the Large Scale Limit of Quantum Mechanics).
Rezultatelul obținut este o demonstrație de principiu - Suprematia Cuantică este posibilă. In viitor cu ajutorul calculatoarelor cuantice am putea efectua calcule imposibile la ora actuala. La ce ar folosi? De la medicină la Big Data, de la biologie la studiul schimbărilor climatice, de la studiul creierului până la studiul mecanicii cuantice insasi. Și cine știe ce alte minunatii cuantice!
Pentru cei care doresc sa afle mai multe detalii, recomand:
https://phys.org/news/2019-09-scientists-quantum-milestone.html si https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2019/09/27/has-google-actually-achieved-quantum-supremacy-with-its-new-quantum-computer/#1b9694bd4d45