Ισραηλινοί ερευνητές κατασκεύασαν τον πρώτο quantum computer της χώρας

 

Μια ομάδα ισραηλινών ερευνητών κατασκεύασε τον πρώτο κβαντικό υπολογιστή της χώρας, ένα σημαντικό κατόρθωμα εδώ και χρόνια, σύμφωνα με τον καθηγητή Roee Ozeri του Ινστιτούτου Επιστήμης Weizmann, ειδικό στην έρευνα κβαντικών υπολογιστών στο Department of Physics of Complex Systems.

Ο Ozeri είπε στους Times of Israel, σε τηλεφωνική συνέντευξη την Τρίτη, ότι ο ίδιος και μια ομάδα διδακτορικών φοιτητών στο πανεπιστημιακό εργαστήριό του εργάζονται στα διαφορετικά στοιχεία του υπολογιστή εδώ και αρκετά χρόνια και έχουν ξοδέψει τα τελευταία δύο έως τρία έτη στη συναρμολόγηση της συσκευής. «Επενδύθηκε πολύς χρόνος στην τεχνογνωσία και στη συγκέντρωση των δομικών στοιχείων για τον κβαντικό υπολογιστή», είπε.

Επικεφαλής του έργου είναι ο Dr. Tom Manovitz, ένας μελετητής κβαντικών υπολογιστών, και ο ερευνητής φοιτητής Yotam Shapira, και δημοσιεύτηκε την Τρίτη στο PRX Quantum, ένα περιοδικό με επιστήμονες αντίστοιχης ειδικότητας που δημοσιεύεται από την Αμερικανική Εταιρεία Φυσικής (APS).

Η συσκευή ανήκει σε έναν από τους περίπου 30 κβαντικούς υπολογιστές στον κόσμο που είναι σε διαφορετικά στάδια και είναι ένας από τους -λιγότερους από- 10 που χρησιμοποιούν παγίδες ιόντων, μία προηγμένη τεχνολογία που περιορίζει τα ιόντα (μόρια με καθαρό ηλεκτρικό φορτίο) σε μικρό χώρο, χρησιμοποιώντας μαγνητικά ή/και ηλεκτρικά πεδία. Τα παγιδευμένα ιόντα μπορούν να αποτελέσουν τη βάση των κβαντικών bit, ή των qubits, της βασικής μονάδας κβαντικών πληροφοριών.

Dr. Tom Manovitz

Ενώ οι κλασικοί υπολογιστές εκτελούν πράξεις λογικής βασισμένες σε μία από δύο θέσεις —1 ή 0, ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση, πάνω ή κάτω- οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να κρατούν qubits σε «υπέρθεση», μια αρχή της κβαντικής μηχανικής όπου βρίσκονται και οι δύο ταυτόχρονα. Σε αυτήν την κατάσταση, οι κβαντικοί υπολογιστές «μπορούν να παράσχουν έναν τεράστιο αριθμό πιθανών αποτελεσμάτων ταυτόχρονα», σύμφωνα με μια αναφορά του MIT Technology Review.

Στην ίδια περίπτωση, υπάρχει επίσης η έννοια της εμπλοκής, όπου ζεύγη qubits περιέχονται σε μία ενιαία κβαντική κατάσταση. «Οι κβαντικοί υπολογιστές αξιοποιούν μπερδεμένα qubits σε ένα είδος κβαντικής αλυσίδας σε σχηματισμό μαργαρίτας προκειμένου να φέρουν τα μαγικά αποτελέσματα τους. Η ικανότητα των μηχανών να επιταχύνουν τους υπολογισμούς χρησιμοποιώντας ειδικά σχεδιασμένους κβαντικούς αλγόριθμους είναι ο λόγος που υπάρχει τόσο μεγάλος “θόρυβος” για τις δυνατότητές τους», σύμφωνα με το περιοδικό.

Το συγκεκριμένο πεδίο είναι σχετικά νέο και εξαιρετικά πολύπλοκο, αλλά οι ειδικοί λένε ότι ο κβαντικός υπολογιστής μπορεί να είναι εξαιρετικά επωφελής σε βιομηχανίες όπως η ασφάλεια στον κυβερνοχώρο, στα φαρμακευτικά προϊόντα, στις τράπεζες και τα χρηματοοικονομικά και στις προηγμένες κατασκευές, και μπορεί να οδηγήσει σε τεράστιες εξελίξεις σε μεγάλους τομείς όπως η οικονομία, η ασφάλεια, η μηχανική και η επιστήμη.

Τεχνολογικοί γίγαντες όπως η Google, η Microsoft, η IBM και η Intel ανταγωνίζονται προκειμένου να κάνουν τον κβαντικό υπολογισμό πιο προσιτό και να δημιουργήσουν πρόσθετα συστήματα, ενώ χώρες όπως η Κίνα, οι ΗΠΑ, η Γερμανία, η Ινδία και η Ιαπωνία ρίχνουν εκατομμύρια για να αναπτύξουν τις δικές τους κβαντικές τεχνολογίες.

Σύμφωνα με πρόσφατες προβλέψεις της αγοράς, το μέγεθος της παγκόσμιας αγοράς κβαντικών υπολογιστών αναμένεται να είχε αξία 487,4 εκατομμυρίων δολαρίων το 2021 και να φτάσει τα 3,7 δισεκατομμύρια δολάρια έως το 2030.

Ο υπολογιστής Weizmann είναι μια μηχανή πέντε qubit, περίπου στο επίπεδο που επιτεύχθηκε από την έκδοση της IBM όταν η εταιρεία ξεκίνησε για πρώτη φορά, πέρσι, να προσφέρει κβαντικό υπολογισμό ως υπηρεσία cloud.

Ο Ozeri ανέφερε ότι η ομάδα θα χρησιμοποιεί πλέον τον κβαντικό υπολογιστή για να τρέχει προηγμένους αλγόριθμους ενώ εργάζεται σε ένα μεγαλύτερο μηχάνημα που θα αντιμετωπίζει μεγαλύτερα φορτία δεδομένων. Εκτίμησε δε ότι η κατασκευή ενός μεγαλύτερου κβαντικού υπολογιστή, που ονομάστηκε ήδη WeizQC, θα διαρκέσει τουλάχιστον ένα χρόνο.

Το όνομα WeizQC είναι ένας φόρος τιμής στον WEIZAC, το όνομα ενός από τους πρώτους υπολογιστές στον κόσμο που κατασκευάστηκαν στο Ισραήλ, στο Ινστιτούτο Weizmann, τη δεκαετία του 1950, «όταν στο Ισραήλ υπήρχαν μόνο βάλτοι και καμήλες», είπε ο Ozeri. «Σήμερα το Ισραήλ είναι μια τεχνολογική αυτοκρατορία. Δεν υπάρχει λόγος να μην είμαστε πρωτοπόροι στο στίβο των κβαντικών υπολογιστών», πρόσθεσε.

Το WeizQC αναμένεται να λειτουργήσει με 64 qubits και «να επιδείξει τα πλεονεκτήματα της κβαντικής, κάτι που μέχρι τώρα είχε επιτευχθεί μόνο από υπολογιστές κατασκευασμένους σε δύο εργαστήρια: στη Google και στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας», σημείωσε το πανεπιστήμιο.

Οι κβαντικοί υπολογιστές αναμένεται να είναι σε σε θέση να αντιμετωπίσουν «διάφορα προβλήματα [δεδομένων] που δεν μπορούν να επιλυθούν σήμερα. Θα αποτελέσουν ένα νέο σημαντικό εργαλείο υπολογισμών προκειμένου να αντιμετωπίσουμε προβλήματα που είναι —σήμερα— άλυτα», είπε ο Ozeri. Ως παραδείγματα, ανέφερε «δεδομένα κυκλοφορίας, νέα μόρια και φάρμακα, [και] κρυπτογραφία».

Αλλά ο Ozeri αναγνώρισε επίσης ότι οι πρακτικές χρήσεις των κβαντικών υπολογιστών εξακολουθούν να αποτελούν «ερώτημα». «Ακόμα ανακαλύπτουμε τις πραγματικές δυνατότητες τους», πρόσθεσε.

Πρόοδοι στην κβαντική

Το Ισραήλ φιλοξενεί περίπου δύο δωδεκάδες startups και εταιρείες που επί του παρόντος επικεντρώνονται στις κβαντικές τεχνολογίες, συμπεριλαμβανομένης της Quantum Machines, η οποία συγκέντρωσε 50 εκατομμύρια δολάρια τον περασμένο Σεπτέμβριο. Η εταιρεία ιδρύθηκε το 2018 και συνέχισε να αναπτύσσει μια τυπική καθολική «γλώσσα» για κβαντικούς υπολογιστές, καθώς και μια μοναδική πλατφόρμα που τους βοηθά να λειτουργούν.

Τον περασμένο μήνα, η Ισραηλινή Αρχή Καινοτομίας και το Υπουργείο Άμυνας δήλωσαν ότι θα δαπανήσουν περίπου 200 εκατομμύρια NIS (62 εκατομμύρια δολάρια) για να αναπτύξουν έναν κρατικό κβαντικό υπολογιστή και να θέσουν τα θεμέλια της ικανότητας της χώρας στο πεδίο.

Ο προϋπολογισμός θα χρηματοδοτήσει δύο παράλληλους τομείς, σύμφωνα με την ανακοίνωση. Η Ισραηλινή Αρχή Καινοτομίας θα επικεντρωθεί στην ανάπτυξη της υποδομής για την κβαντική υπολογιστική ικανότητα, η οποία, όπως είπε, μπορεί να περιλαμβάνει τη χρήση τεχνολογίας από το εξωτερικό.

Η Διεύθυνση Αμυντικής Έρευνας και Ανάπτυξης (DDR&D) του Υπουργείου Άμυνας, εν τω μεταξύ, θα δημιουργήσει ένα εθνικό κέντρο με κβαντικές δυνατότητες που θα συνεργαστεί με την ακαδημαϊκή κοινότητα, τη βιομηχανία και τους κυβερνητικούς εταίρους για την ανάπτυξη ενός κβαντικού επεξεργαστή και στη συνέχεια ενός πλήρους κβαντικού υπολογιστή.

Η πρωτοβουλία αποτελεί μέρος της έναρξης του Εθνικού Προγράμματος Κβαντικής Επιστήμης και Τεχνολογίας του Ισραήλ του 2018 με προϋπολογισμό 200 εκατομμυρίων NIS, ο οποίος αργότερα επεκτάθηκε σε 1,25 δισεκατομμύρια NIS (390 εκατομμύρια δολάρια).

Το πρόγραμμα ξεκίνησε για τη διευκόλυνση της σχετικής κβαντικής έρευνας, την ανάπτυξη του ανθρώπινου κεφαλαίου στο συγκεκριμένο τομέα, την ενθάρρυνση βιομηχανικών έργων και την πρόσκληση διεθνούς συνεργασίας για την έρευνα και την ανάπτυξη.