Ο κβαντικός υπολογιστής αποτελεί το ένα από τα δύο πιο «καυτά» θέματα στην σύγχρονη πληροφορική (το άλλο είναι η τεχνητή νοημοσύνη). Οι κβαντικοί υπολογιστές πρώτα αναπτύχθηκαν σε εντελώς θεωρητικό επίπεδο και πολύ αργότερα (και πολύ πρόσφατα) πέρασαν σε πρακτικό επίπεδο και μετά από πολλές δυσκολίες. Βέβαια, ενώ οι αρχικές εκτιμήσεις έκαναν πολλούς να πιστέψουν πως η κβαντική πληροφορική θα ήταν τόσο ριζοσπαστική που θα επέφερε κοσμογονικές αλλαγές σε όλο τον κόσμο, πλέον – και για τα επόμενα αρκετά χρόνια – περιορίζεται σε πολύ εξειδικευμένες χρήσεις. Εδώ θα πρέπει να αναφέρουμε, πάντως, ότι βρισκόμαστε στα σπάργανα της τεχνολογίας αυτής – σε ένα αντίστοιχο στάδιο στο οποίο η πληροφορική βρισκόταν τη δεκαετία του 1930!

Επίσης, μιλώντας για κβαντικούς υπολογιστές, η Microsoft δεν είναι μία από τις εταιρείες των οποίων τα ονόματα προβάλλουν αβίαστα. Τέτοια, μέχρι χτες, ήταν η IBM, η Google, άντε και η D-Wave, η οποία φτιάχνει κβαντικά υπολογιστικά συστήματα εδώ και 20 χρόνια. Τώρα όμως, η τριάδα γίνεται τετράδα. Βέβαια, μπορεί τη στιγμή που μιλάμε να υπάρχει κάποια εταιρεία ή κάποιο ερευνητικό κέντρο, κάπου στον κόσμο, το οποίο να αναπτύσσει μια τεχνολογία εν κρυπτώ, την οποία δεν γνωρίζουμε καν σήμερα. Κάπως έτσι λειτουργούσε και η Microsoft μέχρι… προχτές! Η Microsoft φαίνεται να επέστρεψε στα βασικά, μιας και το κβαντικό σύστημα το οποίο ανέπτυξε βασίζεται στην πρωταρχική ιδέα για τέτοια συστήματα, τα λεγόμενα τοπολογικά qubits. Όχι, δεν πρόκειται να κουράσουμε προσπαθώντας να περιγράψουμε το τί είναι ένα topological qubit γιατί απλώς δεν έχει νόημα. Θα αναφέρουμε μόνο πως η προσέγγιση της Microsoft δεν έχει σχέση ούτε με τα συστήματα της Google, ούτε της IBM, ούτε και της D-Wave. Πρόκειται για μια εντελώς νέα προσέγγιση!

Το βασικό πρόβλημα

Όλοι οι υπολογιστές σήμερα λειτουργούν με transistors και… ηλεκτρόνια. Μάλιστα, κατασκευάζονται με τέτοιο τρόπο ώστε πρακτικά η αξιοπιστία του κάθε ενός bit μέσα σε έναν επεξεργαστή πλησιάζει πάρα πολύ το 100%. Με άλλα λόγια, τα περιθώρια λάθους είναι απειροελάχιστα εκ κατασκευής, ενώ οι απλοί υπολογιστές δεν διαθέτουν καν κάποιο σύστημα ανίχνευσης και διόρθωσης λαθών.

Οι κβαντικοί υπολογιστές, από την άλλη, βασίζονται σε μια τόσο εύθραυστη κατάσταση, ώστε επηρεάζονται σε τεράστιο βαθμό από το περιβάλλον (θόρυβος), τα λάθη είναι πρακτικά αναπόφευκτα, επομένως όλα τα συστήματα σχεδιάζονται με ενσωματωμένες δικλείδες ασφαλείας, περισσότερα qubits (κβαντικά bits) απ’ όσα είναι απαραίτητα, αλλά και προηγμένα συστήματα και αλγόριθμους διόρθωσης λαθών, για να μπορέσουν να λειτουργήσουν. Επίσης, τα συστήματα αυτά, προσπαθώντας να περιορίσουν τον θόρυβο από το περιβάλλον, λειτουργούν σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες και σε απομονωμένα συστήματα.

Αυτό είναι το βασικό πρόβλημα των κβαντικών υπολογιστών, το οποίο είναι εγγενές και δεν φτιάχνεται με απλό τρόπο. Αυτή τη στιγμή, η τεχνολογία μας βρίσκεται σε τέτοιο επίπεδο που, εκτός κι αν γίνει κάποια έκπληξη, μάλλον θα περάσουν πολλά χρόνια μέχρι να μπορέσουμε να το αντιμετωπίσουμε στη ρίζα του.

Όπως αναφέρει η ανάρτηση της Microsoft: «Η προσέγγιση της Microsoft είναι να στοχεύσει για ένα τοπολογικό qubit το οποίο έχει εγγενή προστασία από περιβαλλοντικό θόρυβο, το οποίο σημαίνει πως θα χρειάζονται πολύ λιγότερα qubits για την εκτέλεση χρήσιμων υπολογισμών και διόρθωσης λαθών. Τα τοπολογικά qubits θα μπορούν να επεξεργάζονται πληροφορίες γρήγορα, και κάποιος θα μπορεί να χωρέσει περισσότερα από ένα εκατομμύριο από αυτά σε ένα τσιπ το οποίο θα είναι μικρότερο από το τσιπάκι σε μια πιστωτική κάρτα».

Η ομάδα που δημιούργησε το νέο αυτό σύστημα της Microsoft πιστεύει πως τα τοπολογικά qubits είναι η (γρηγορότερη) λύση για κβαντικούς υπολογιστές σε βιομηχανική κλίμακα. Αλλά μπορείς να καταλάβεις ακόμη και από την ανακοίνωση της Microsoft, εκεί που μιλά για ένα εκατομμύριο qubits, πόσο άγουρη είναι η τεχνολογία αυτή τη στιγμή – για μέτρο σύγκρισης, αυτή τη στιγμή, οποιοδήποτε smartphone έχει στο εσωτερικό του επεξεργαστή με δισεκατομμύρια συμβατικά bits.

Είναι επίσης φανερό το ότι η Microsoft θέλει να προσθέσει στη φαρέτρα των υπηρεσιών της κάποιο σύστημα κβαντικών υπολογισμών. Δεν θέλει να αρχίσει να κατασκευάζει και να πουλάει κβαντικούς υπολογιστές, θέλει να έχει κβαντικούς υπολογιστές και να νοικιάζει χρόνο ή χρήση, μέσω του Azure, σε όσους θέλουν (και μπορούν να πληρώσουν) για κάτι τέτοιο. Τα πλάνα της Microsoft, όμως, δε μπορούν να περιμένουν τη δική τους τεχνολογία να ωριμάσει τόσο ώστε να τεθεί σε λειτουργία – και για να τεθεί σε λειτουργία, θα απαιτηθούν πολλές χιλιάδες τέτοια τσιπάκια και εκατοντάδες μηχανήματα – επομένως έχουν ήδη στραφεί σε μια άλλη εταιρεία, ονόματι Pasqal, η οποία σχεδιάζει και κατασκευάζει κβαντικά συστήματα χρησιμοποιώντας μια διαφορετική τεχνολογία ονόματι neutral atom-based quantum processing. Μέσω αυτής, σχεδιάζουν να προσφέρουν κβαντικό computing μέσω του Azure Quantum μέχρι το τέλος του 2023! Αυτό θα είναι και το προσωρινό βήμα μέχρι την πλήρη ανάπτυξη του δικού τους συστήματος.

Για την ώρα έχουμε, λοιπόν, τους χρονοκρυστάλλους της Google, τα συστήματα με quantum annealing της D-Wave, τα transmons της IBM, και τώρα τα τοπολογικά qubits της Microsoft, μεταξύ άλλων. Στο μέλλον είναι βέβαιο πως τελικά η αγορά θα κατασταλάξει σε μία τεχνολογία, η οποία θα αποδειχθεί η πιο καλή – με το «κάλλος» να μην περιορίζεται στον αριθμό των qubits ή το πλήθος τους, αλλά και στην ευκολία για μαζική παραγωγή, αλλά και λειτουργία χωρίς εξωτικά συστήματα ψύξης. Στο (μάλλον μακρινό) μέλλον, κάθε υπολογιστής θα έχει και ένα κβαντικό τμήμα για τους «ζόρικους» υπολογισμούς. Για την ώρα, όμως, μόνο τα μεγαθήρια – εταιρείες όπως η Lockheed-Martin, η NASA, το Jet Propulsion Laboratory – έχουν πρόσβαση (και ανάγκη) από τέτοια συστήματα. Όπως και στην περίπτωση της τεχνητής νοημοσύνης, έτσι και οι κβαντικοί υπολογιστές αυτή τη στιγμή αφορούν συστήματα κομμένα και ραμμένα για να ικανοποιούν τις ανάγκες συγκεκριμένων εταιρειών, με το κόστος τους να παίζει στην τάξη μεγέθους των εκατοντάδων εκατομμυρίων. Και αυτά είναι ποσά που δεν αφήνουν ούτε τη Microsoft αδιάφορη!