Η κβαντική πληροφορική αρχίζει να λειτουργεί

Η κβαντική έρευνα σήμερα σημαίνει μεγάλες επιχειρήσεις. Αυτό που κάποτε θεωρούνταν επιστημονικό περίεργο, ο κβαντικός υπολογισμός υπόσχεται τώρα να μεταμορφώσει πολλές πτυχές της καθημερινής ζωής από την ασφάλεια στον κυβερνοχώρο στην ανάπτυξη φαρμάκων και την πρόβλεψη καιρού. Τα τελευταία χρόνια η εργασία στον κβαντικό υπολογισμό έχει αρχίσει να απομακρύνεται από τα πανεπιστήμια και σε εταιρικά ερευνητικά εργαστήρια, με μεγάλες πολυεθνικές καθώς και νεοφυείς επιχειρήσεις και κεφαλαιουχικές επιχειρήσεις να μπαίνουν στον αγώνα για την εμπορευματοποίηση των κβαντικών τεχνολογιών. Όμως, παρ' όλες τις ανακοινώσεις χρηματοδότησης ρεκόρ και τη διαφημιστική εκστρατεία, ορισμένοι προειδοποιούν ότι αυτό ευνοεί μια «κβαντική φούσκα» που μπορεί σύντομα να σκάσει. 

Η καρδιά και η ψυχή ενός κβαντικού υπολογιστή είναι κβαντικά bit ή qubits. Αυτά είναι διαφορετικά από τα τυπικά bit υπολογιστή, τα οποία μπορεί να είναι είτε 0 είτε 1. Τα Qubit, από την άλλη πλευρά, μπορεί να είναι και τα δύο. Η χρήση αυτής της δυνατότητας για πολύπλοκα υπολογιστικά προβλήματα σημαίνει ότι θα μπορούσε να είναι δυνατός ο υπολογισμός λύσεων πολύ πιο γρήγορα από τους ταχύτερους υπολογιστές του σήμερα, κλιμακώνοντας τον υπολογισμό για υπολογισμό με πολλά qubits, με αποτέλεσμα την εκθετική αύξηση της υπολογιστικής ισχύος. Τα Qubits μπορούν να κατασκευαστούν από διαφορετικές πλατφόρμες υλικού, όπως υπεραγώγιμα qubits ή παγιδευμένα ιόντα. Άλλες επερχόμενες μέθοδοι είναι οι φωτονικοί κβαντικοί επεξεργαστές που χρησιμοποιούν φως.

Οι ειδικοί λένε ότι ένα πραγματικό «κβαντικό πλεονέκτημα» μπορεί να αναμένεται μόνο όταν οι κβαντικοί υπολογιστές λειτουργούν με ένα εκατομμύριο qubits. Και με το τρέχον ρεκόρ ακόμα κάτω από τα 100 qubits, υπάρχει ακόμη δρόμος. Αλλά αυτό που εμποδίζει κυρίως την πρόοδο είναι η αποσυνοχή των ίδιων των qubits. Για να αποφευχθεί αυτό, συνήθως πρέπει να λειτουργούν κοντά στους 0 K και να προστατεύονται το ένα από το άλλο και το περιβάλλον. Επιστημονικά, ωστόσο, δεν υπάρχει τίποτα που σταματά τη δημιουργία κβαντικών υπολογιστών μεγάλης κλίμακας, αλλά υπάρχουν ορισμένα σκληρά μηχανικά προβλήματα που πρέπει να λυθούν. 

Ορισμένες από αυτές τις προκλήσεις αντιμετωπίζονται από τεράστια κυβερνητικά προγράμματα. Στις ΗΠΑ, η κυβέρνηση επενδύει 1.2 δισ. δολάρια σε αυτήν Πρόγραμμα National Quantum Initiative που απευθύνεται τόσο στον ακαδημαϊκό όσο και στον ιδιωτικό τομέα, ενώ η κυβέρνηση του Ηνωμένου Βασιλείου πλησιάζει στο τέλος του 10ετούς της 1 δισ. Εθνικό Πρόγραμμα Κβαντικής Τεχνολογίας, η οποία ξεκίνησε το 2013. Εν τω μεταξύ, η Ολλανδία διοχέτευσε 615 εκατομμύρια ευρώ πέρυσι στον οργανισμό-ομπρέλα Quantum Delta NL για την προώθηση της ανάπτυξης κβαντικών τεχνολογιών. Όλα αυτά, ωστόσο, βρίσκονται στη σκιά της εκτιμώμενης χρηματοδότησης 10 δισεκατομμυρίων δολαρίων της Κίνας για το εθνικό της πρόγραμμα. 

Από μεγάλη τεχνολογία σε μικρή τεχνολογία

Επί του παρόντος, οι κβαντικοί υπολογιστές κυριαρχούνται από τεχνολογικούς γίγαντες όπως η IBM, η Amazon, η Hewlett Packard, η Honeywell, η Google και η Microsoft, με ορισμένους από αυτούς να επενδύουν σε μεγάλο βαθμό σε κβαντικές πρωτοβουλίες. Η Google διαθέτει έναν κβαντικό επεξεργαστή 53 qubit που ονομάζεται Sycamore, ενώ η IBM αποκάλυψε τα σχέδιά της να παράγει ένα τσιπ 433 qubit αργότερα αυτό το έτος και ένα τσιπ 1121 qubit το 2023. Οι κβαντικές συσκευές IBM έχουν ήδη διατεθεί για χρήση από περισσότερους από 200,000 πελάτες μέσω μια υπηρεσία που βασίζεται σε σύννεφο.

Πράγματι, πολλές μεγάλες εταιρείες εξερευνούν κβαντικές εφαρμογές. Η Goldman Sachs αναπτύσσει αλγόριθμους κβαντικής βελτιστοποίησης για την τιμολόγηση περιουσιακών στοιχείων με βάση τον εγγενή κίνδυνο που σχετίζεται, για παράδειγμα, με διαφορετικά δικαιώματα προαίρεσης ή μετοχές. Λέει ότι οι οικονομικές λειτουργίες θα μπορούσαν ήδη να επωφεληθούν από τους κβαντικούς υπολογιστές τα επόμενα πέντε χρόνια. Η αυτοκινητοβιομηχανία Daimler, εν τω μεταξύ, διερευνά πώς οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να προσομοιώσουν νέα υλικά για την ανάπτυξη μπαταριών αυτοκινήτων υψηλότερης απόδοσης και χαμηλότερου κόστους. Η τράπεζα HSBC ανακοίνωσε τον περασμένο Απρίλιο μια συνεργασία με την IBM για τη μελέτη των δυνατοτήτων του κβαντικού υπολογισμού στον τραπεζικό τομέα.

Και δεν είναι μόνο οι μεγάλοι παίκτες στο παιχνίδι. Ο αριθμός των start-ups που βασίζονται σε κβαντικές επιχειρήσεις αυξάνεται εδώ και αρκετά χρόνια, με 265 σύμφωνα με την τελευταία εκτίμηση από Έκθεση Quantum Computing. Και κάποιοι κάνουν μεγάλα βήματα μπροστά. Η νεοφυής εταιρεία ColdQuanta με έδρα τις ΗΠΑ κυκλοφόρησε φέτος έναν επεξεργαστή 100 qubit βασισμένο σε ψυχρά άτομα και ελπίζει να αναβαθμιστεί στα 1000 qubits τα επόμενα τρία χρόνια. Μια άλλη αμερικανική εταιρεία - η IonQ - ήταν η πρώτη κβαντική start-up που άρχισε να διαπραγματεύεται δημόσια στο Χρηματιστήριο της Νέας Υόρκης πέρυσι, γεγονός που της επέτρεψε να συγκεντρώσει πάνω από 600 εκατομμύρια δολάρια σε επενδυτική χρηματοδότηση. Μια άλλη σημαντική συμφωνία περιλαμβάνει την PsiQuantum, η οποία εξασφάλισε έναν γύρο 450 εκατομμυρίων δολαρίων φέτος, με βάση την υπόσχεσή της να κατασκευάσει έναν κβαντικό υπολογιστή πλήρους κλίμακας βασισμένο σε φωτονικά έως το 2025. 

Δεδομένου ότι υπάρχει μια σταθερή επιστημονική βάση που υποστηρίζει τις δυνατότητες της κβαντικής τεχνολογίας, το ερώτημα δεν είναι αν θα συμβεί, αλλά πότε

Freeke Heijman

Οι νεοφυείς επιχειρήσεις που βασίζονται σε κβαντική βάση προσελκύουν επίσης το ενδιαφέρον των επενδυτών επιχειρηματικών κεφαλαίων. Αυτό είναι ελαφρώς αδιανόητο, καθώς οι επιχειρηματίες επιχειρηματιών συνήθως στοιχηματίζουν σε «ασφαλή άλογα», κάτι που δεν συμβαίνει με τα εμπορικά προϊόντα που αναμένεται να βγουν στην αγορά σε μια δεκαετία περίπου από τώρα. Ωστόσο, σύμφωνα με την εταιρεία συμβούλων McKinsey, τα επιχειρηματικά κεφάλαια και άλλα ιδιωτικά κεφάλαια αποτελούν πλέον περισσότερο από το 70% των επενδύσεων στην κβαντική τεχνολογία. Και όπου επενδύθηκαν μόνο 93.5 εκατομμύρια δολάρια το 2015, το 2021 ο αριθμός αυτός είχε αυξηθεί στα 3.2 δισεκατομμύρια δολάρια. 

Ο κίνδυνος όλης αυτής της επένδυσης είναι να οδηγήσει σε φούσκα, αλλά να μην ανησυχεί ορισμένους, τουλάχιστον προς το παρόν. «Δεν πιστεύω ότι θα υπάρξει γενική κατάρρευση των επενδύσεων, γιατί τα επόμενα χρόνια θα δούμε επιτυχίες να ανακοινώνονται και οργανισμούς να χρησιμοποιούν κβαντικούς υπολογιστές για εμπορικές ή επιστημονικές εφαρμογές πραγματικού κόσμου», λέει ο Doug Finke που διευθύνει Έκθεση Quantum Computing. 

Ο Freeke Heijman, διευθυντής ανάπτυξης οικοσυστήματος στο Quantum Delta NL, προσθέτει ότι λίγη διαφημιστική εκστρατεία δεν είναι απαραίτητα κακό, καθώς θα βοηθήσει να ενθουσιάσει τους ανθρώπους να ασχοληθούν με τις κβαντικές τεχνολογίες. «Δεδομένου ότι υπάρχει ένα στέρεο επιστημονικό θεμέλιο που υποστηρίζει τις δυνατότητες της κβαντικής τεχνολογίας, το ερώτημα δεν είναι αν θα συμβεί αλλά πότε», προσθέτει.