Google dhe NASA realizojnë epërsinë kuantike

Google, në bashkëpunim me NASA dhe Oak Ridge National Laboratory (Laboratori Kombëtar i Oak Ridge), ka demonstruar aftësinë për të llogaritur në sekonda atë që edhe superkompjuterëve më të mëdhenj dhe më të përparuar do t’u duhej mijëra vjet, duke arritur një moment historik të njohur si epërsia kuantike.

“Informatika kuantike është ende në fillimet e saj, por kjo arritje transformuese na çon vrullshëm përpara,” thotë Eugene Tu, drejtori i qendrës në Qendrën Kërkimore Ames të NASA-s në Silicon Valley të Kalifornisë. ” Në dekadat që do të vijnë, misionet tona në Hënë, Mars dhe më gjerë, të gjitha ushqehen nga inovacione si kjo”.

Informatikë kuantike quhet shkenca që studion se si mund të shfrytëzohen efektet unike të mekanikës kuantike për të zgjidhur disa problematika të caktuara shumë më shpejt sesa me anë të kompjuterëve tradicionalë. Potencialisht, një ditë NASA mund të përdorë këto teknika për të ndihmuar misionet hapësinore. Disa aplikime që mund të përmenden janë: optimizimi kuantik, i cili sjell që programet e misioneve të jenë më efikase; stimulimi kuantik, i cili ndihmon modelimin e materialeve të lehta dhe të forta për anijet kozmike moderne, etj. Ky moment historik është hapi i parë drejt asaj të ardhmeje.

“Arritja e epërsisë kuantike do të thotë që ne kemi qenë në gjendje të bëjmë një gjë më shpejt, jo gjithçka më shpejt”, thotë Eleanor Rieffel, bashkëautore në lajmin e këtij rezultati, botuar në Nature më 23 tetor 2019, si dhe Udhëheqësi i Laboratorit të Inteligjencës Artificiale Kuantike në Ames. “Edhe pse kjo gjë nuk është tmerrësisht e dobishme, fakti që është realizuar sjell një novacion”.

Lajmet përshkruajnë eksperimentet e zhvilluara nga proçesori kuantik Sycamore i Google për të demonstruar epërsinë kuantike. Llogaritjet në një kompjuter kuantik quhen “qarqe kuantike”. Këto abstraksione të shkencës kompjuterike punojnë si programe, duke specifikuar një seri operacionesh për proçesorin kuantik në mënyrë që të ekzekutohen.

Testi në vetvete përfshinte ekzekutimin e qarqeve kuantike të rastësishme në proçesorët kuantikë, si dhe superkompjuterët tradicionalë. Marrja e rezultateve nga një qark i rastësishëm kuantik është e vështirë pa një proçesor kuantik, dhe teorikisht sugjerohet se mund të jetë e pamundur për detyra (tasks) përtej një madhësie të caktuar, madje edhe në superkompjuterin më të madh që mund të imagjinohet. Do të lindte nevoja për më shumë njësi të të dhënave se sa ka atome në univers. Kjo është më e mira që mund të arrihet në një detyrë të pamundur – duke e bërë proçesorin kuantik provën e përsosur për epërsinë kuantike.

Proçesorit kuantik dhe superkompjuterit iu dhanë qarqe gjithnjë e më komplekse dhe të rastësishme për të llogaritur, derisa superkompjuteri nuk ishte më në gjendje t’i përpunonte ato. Për të përcaktuar një limit, studiuesit në Ames përmirëuan teknikat për simulimin e këtyre llogaritjeve të rastit të qarkut kuantik duke përdorur pajisjet superkompjuterike të NASA-s. Në një pikë të caktuar, edhe me të gjitha marifetet që ekspertët e llogaritjes kuantike dhe superkompjuterisë të NASA-s pëdorën, ky “kompjuter brenda një kompjuteri” i simuluar nuk ishte në gjendje të trajtonte qarqet e rastit që iu dhanë – dhe pikërisht kjo u bë pengesa që kompjuteri kuantik i Google duhet të kalonte.

Kompjuteri kuantik i Google ishte në gjendje të merrte këto qarqe të rastit dhe të arrinte rezultate, duke arritur këtë pikë referimi. Por si mund të kuptohej nëse këto rezultate ishin të sakta dhe nëse me të vërtetë ishte arritur epërsia kuantike? Është e pamundur të përdoret një superkompjuter tradicional për të kontrolluar anën matematikore – e gjithë çështja e kësaj historie është se një proçesor kuantik ka bërë diçka që asnjë makineri tjetër nuk mund ta bëjë.

Për t’u siguruar që ky moment historik të përmbushej, NASA dhe Google iu drejtuan Laboratorit Kombëtar të Oak Ridge, Tenesi, “shtëpia” e SUMMIT- superkompjuterit më të fuqishëm në botë. Atje, ata testuan nëse rezultatet e kompjuterit kuantik përputheshin me SUMMIT deri në kufirin e epërsisë kuantike – dhe zbuluan se po.

“Që nga viti 2013, bashkëpunimi ynë me Google ka patur si qëllim të çmitizojë më tej mundësitë e llogaritjeve në botën kuantike,” thotë Rupak Biswas, drejtor i Drejtorisë së Teknologjisë së Kërkimit në Ames dhe një bashkëautor në letër. “Arritja e sotme e epërsisë kuantike është një moment historik emocionues, për të cilin Ames është shumë krenare që e mbështet.”

Electra, superkompjuteri i fuqishëm modular i NASA-s, u përdor gjithashtu në këtë bashkëpunim me Google. Është një super kompjuter që kursen sasi të konsiderueshme të ujit dhe energjisë në vit.

Zbërthimi i  Botës Kuantike

Një “kuant” është sasia minimale e çdo gjëje fizike, e nevojshme për të bashkëvepruar me diçka tjetër, zakonisht i referohet njësive më të vogla të energjisë ose materies. Bota kuantike është një pjesë e çuditshme dhe e bukur e natyrës, e padukshme për ne. Edhe nëse mund të zvogëloheni shumë më tepër se përmasat e një milingone, deri në përmasa subatomike, vetë akti i vëzhgimit të diçkaje në shkallën kuantike ndryshon mënyrën e sjelljes së saj. Pavarësisht se sa e paarritshme mund të jetë të vëzhgosh, matematika prapa mënyrës se si funksionon mekanika kuantike është e kuptueshme dhe e qëndrueshme, edhe nëse nuk e kuptojmë pse.

Për shkak të kësaj qëndrueshmërie, shkencëtarët e kompjuterave, fizikantët dhe inxhinierët mund të krijojnë kompjuterë të posaçëm për të shfrytëzuar këto veti unike. Diçka e quajtur mbivendosje kuantike lejon që një qubit i vetëm – një njësi e të dhënave në një kompjuter kuantik – të ekzistojë si sasi të ndryshme në të njëjtën kohë. Ndërthurja kuantike është një tjetër veti që lidh në mënyrë të pandashme dy grimca, pavarësisht nga distanca, duke siguruar korrelacione të pamundura për t’u gjetur në botën e mekanikës klasike. Është njësoj sikur të dy grimcat të kërcejnë në sinkronizim, pavarësisht nëse ato janë të bashkuara në vite drite larg. Kompjuterët kuantikë mund të përdorin këto korrelacione për të ruajtur, transferuar dhe llogaritur informacione në mënyra të pamundura për kompjuterët tradicionalë.

Arritja e epërsisë kuantike i hap dyert aftësisë për të eksperimentuar dhe zhvilluar teknologjinë e përpunimit kuantik shumë më shpejt- kryesisht për shkak të shkallës së paparë e të padëgjuar të kontrollit mbi operacionet kuantike të mundshme në pajisjen e Google.

Arritja e epërsisë kuantike do të thotë që fuqia e përpunimit dhe mekanizmat e kontrollit tani ekzistojnë që shkencëtarët të ekzekutojnë kodin e tyre me besim dhe të shohin se çfarë ndodh përtej kufijve të asaj që mund të bëhet në superkompjuterët. Eksperimentimi me llogaritjen kuantike tani është i mundur në një mënyrë që nuk ka qenë kurrë më parë.

“Kur hyra në këtë fushë në 1996, nuk isha i sigurt se do të isha gjallë në kohën kur do të arrinim në këtë pikë,” thotë Rieffel. “Tani, ne mund të luajmë me algoritme kuantike që nuk mund t’i ekzekutonim më parë. Ka aq shumë të panjohura në informatikën kuantike, dhe është thjesht tepër emocionuese të hysh në epokën ku mund të shqyrtojmë ato të panjohura dhe të shohim se çfarë gjejmë”.