Για χρόνια, η κβαντική υπολογιστική ακροβατούσε ανάμεσα σε δύο κόσμους: από τη μία, τις εντυπωσιακές υποσχέσεις ότι θα λύσει προβλήματα που “πνίγουν” ακόμη και τους ισχυρότερους υπερυπολογιστές∙ από την άλλη, την επίμονη δυσκολία να αποδειχθεί με τρόπο αδιαμφισβήτητο ότι ένας κβαντικός υπολογιστής δεν είναι απλώς γρήγορος σε ένα “τεχνητό” τεστ, αλλά προσφέρει ένα πλεονέκτημα που μετριέται, ελέγχεται και αναπαράγεται. Η Google Quantum AI υποστηρίζει τώρα ότι έκανε ένα κρίσιμο βήμα ακριβώς σε αυτό το σημείο: παρουσίασε έναν αλγόριθμο με το όνομα “Quantum Echoes”, ο οποίος –όπως αναφέρει– πετυχαίνει επαληθεύσιμο κβαντικό πλεονέκτημα πάνω σε πραγματικό κβαντικό υλικό, στον κβαντικό επεξεργαστή Willow.

Η είδηση δεν αφορά μόνο ένα “ρεκόρ ταχύτητας”. Το ουσιαστικό είναι ότι η συγκεκριμένη υπολογιστική εργασία έχει σχεδιαστεί ώστε το αποτέλεσμα να μπορεί να συγκριθεί και να ελεγχθεί από άλλους κβαντικούς υπολογιστές (και, σε ορισμένες περιπτώσεις, να συνδεθεί με φυσικά πειράματα). Και αυτό είναι το είδος της απόδειξης που ζητούσε επίμονα η επιστημονική κοινότητα: όχι απλώς “τρέξαμε κάτι που οι κλασικοί δυσκολεύονται”, αλλά “τρέξαμε κάτι που οι κλασικοί δεν μπορούν πρακτικά να φτάσουν, και το αποτέλεσμα είναι ελέγξιμο”.

Τι ανακοίνωσε η Google Quantum AI

Σύμφωνα με τις επίσημες αναρτήσεις της Google, ο “Quantum Echoes” είναι ένας νέος αλγόριθμος που υπολογίζει έναν Out-of-Time-Order Correlator (OTOC) – έναν ειδικό συσχετιστή που χρησιμοποιείται στη φυσική για να μελετηθεί το πώς “διαχέεται” και “ανακατεύεται” η κβαντική πληροφορία μέσα σε πολύπλοκα συστήματα (συχνά σε συζητήσεις για κβαντικό χάος και scrambling).

Η Google αναφέρει ότι ο Willow εκτέλεσε το συγκεκριμένο πρωτόκολλο/αλγόριθμο με επίδοση που αντιστοιχεί σε περίπου 13.000× ταχύτερη εκτέλεση σε σχέση με κορυφαία κλασική προσέγγιση σε υπερυπολογιστές (στη δημόσια συζήτηση έχει αναφερθεί ως σημείο αναφοράς και το Frontier).

Το πιο κρίσιμο στοιχείο, όμως, είναι ο χαρακτηρισμός “verifiable” (επαληθεύσιμο): η εργασία έχει στηθεί ώστε άλλοι κβαντικοί υπολογιστές (ή εναλλακτικές πειραματικές προσεγγίσεις όπου αυτό είναι δυνατό) να μπορούν να ελέγξουν το αποτέλεσμα, μειώνοντας το επιχείρημα ότι “δεν ξέρουμε αν η κβαντική συσκευή έδωσε σωστή απάντηση”.

Γιατί οι OTOC μετρήσεις έχουν σημασία

Οι OTOCs λειτουργούν σαν ένα “τεστ ανάκτησης” της πληροφορίας: εξετάζουν πόσο ευαίσθητο είναι ένα κβαντικό σύστημα σε μικρές διαταραχές και πόσο γρήγορα αυτές οι διαταραχές “απλώνονται” σε όλο το σύστημα μέσω διεμπλοκής. Με απλά λόγια, δείχνουν πότε η πληροφορία έχει αναμειχθεί τόσο βαθιά μέσα στο σύστημα ώστε γίνεται εξαιρετικά δύσκολο να την “ξεμπλέξεις” με κλασική προσομοίωση.

Αυτό ακριβώς κάνει τις OTOC-εργασίες καλό πεδίο για να αποδειχθεί κβαντικό πλεονέκτημα: αγγίζουν μια περιοχή όπου η κλασική υπολογιστική πολυπλοκότητα εκτοξεύεται, ενώ ο κβαντικός υπολογιστής μπορεί να “ακολουθήσει” φυσικά την κβαντική εξέλιξη του συστήματος.

Από την επίδειξη στις εφαρμογές: το “γέφυρο” προς χημεία και NMR

Η Google δεν μένει μόνο στο benchmark. Σε παράλληλα πειράματα/επιδείξεις, υποστηρίζει ότι χρησιμοποίησε την ιδέα των “Quantum Echoes” για να χαρακτηρίσει μοριακή δομή, συνδέοντας το αποτέλεσμα με πιθανές εφαρμογές που θυμίζουν και ενισχύουν τεχνικές Nuclear Magnetic Resonance (NMR) και την ευρύτερη κατεύθυνση του “Hamiltonian learning” (εκμάθηση/ταυτοποίηση παραμέτρων που περιγράφουν κβαντικά συστήματα).

Αν αυτό το μονοπάτι ωριμάσει, οι προεκτάσεις είναι μεγάλες: καλύτερη κατανόηση μοριακών συστημάτων σημαίνει δυνητικά ισχυρότερη εργαλειοθήκη για ανακάλυψη φαρμάκων, επιστήμη υλικών, ακόμη και σχεδιασμό νέων καταλυτών ή λειτουργικών μορίων.

Το “εντός πέντε ετών” και τι πρέπει να κρατήσουμε με ρεαλισμό

Η Google εκφράζει αισιοδοξία ότι εφαρμογές “πραγματικού κόσμου” που είναι εφικτές μόνο με κβαντικούς υπολογιστές μπορεί να φανούν μέσα σε περίπου πέντε χρόνια. Πρόκειται για πρόβλεψη/στόχο, όχι εγγύηση, και θα εξαρτηθεί από το αν θα συνεχιστεί η βελτίωση σε:

• σφάλματα/θόρυβο και σταθερότητα συσκευών,
• κλιμάκωση (περισσότερα ποιοτικά qubits),
• αλγοριθμικές τεχνικές που “αντέχουν” στον θόρυβο,
• και –κυρίως– από το αν θα βρεθούν προβλήματα όπου το κβαντικό πλεονέκτημα μεταφράζεται σε πραγματική επιστημονική ή βιομηχανική αξία.

Με άλλα λόγια: το “Quantum Echoes” παρουσιάζεται ως ένα δυνατό, πιο αυστηρά θεμελιωμένο βήμα προς το “χρήσιμο” κβαντικό πλεονέκτημα – αλλά η απόσταση μέχρι συστηματικές, παραγωγικές εφαρμογές παραμένει ένα πεδίο έντονης εξέλιξης και ανταγωνισμού.

Πού μπορεί να το δει κανείς

Η ομάδα Google Quantum AI έχει δημοσιεύσει υλικό και παρουσίαση για το “Quantum Echoes: Towards real world applications”, μαζί με επιστημονική τεκμηρίωση που –σύμφωνα με την Google– συνοδεύει τη δημοσίευση στο Nature.

Το “Quantum Echoes” δεν πλασάρεται ως ένα ακόμη εντυπωσιακό πείραμα, αλλά ως μια απόπειρα να λυθεί το πιο δύσκολο επικοινωνιακό και επιστημονικό πρόβλημα της κβαντικής εποχής: να αποδείξεις πλεονέκτημα που να είναι ελέγξιμο. Αν η επαληθευσιμότητα σταθεί στην πράξη, και αν οι τεχνικές που συνδέονται με OTOCs και “ηχώ” κβαντικών συστημάτων μεταφραστούν σε εργαλεία για χημεία, NMR και μοριακή ανάλυση, τότε μιλάμε για ένα βήμα που αλλάζει το αφήγημα: από την “κβαντική υπόσχεση” προς την “κβαντική χρησιμότητα”.

Και ίσως αυτό είναι το πιο σημαντικό: όχι ότι ένας κβαντικός επεξεργαστής έτρεξε κάτι “απίστευτα γρήγορα”, αλλά ότι χτίζεται –έστω και σταδιακά– μια γέφυρα ανάμεσα στην κβαντική υπεροχή ως επίδειξη και στην κβαντική υπεροχή ως εργαλείο επιστήμης.