KBANTIKOI ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ: Απίθανες λύσεις για άλυτα προβλήματα

Του ΤΟΜ SIMONITE

© 2011 Technology Review

Σε μία προσπάθεια να κάνει τους υπολογιστές να μαθαίνουν γρηγορότερα, η εταιρεία όπλων Λόκχιντ Μάρτιν αγόρασε ένα σύστημα που χρησιμοποιεί την κβαντομηχανική για να επεξεργαστεί ψηφιακά δεδομένα.

Εδωσε στη νεοσύστατη εταιρεία D-Wave Systems 10 εκατομμύρια δολάρια για τον υπολογιστή και την τεχνική υποστήριξη. Η D-Wave υποστηρίζει πως πρόκειται για την πρώτη πώληση ενός κβαντικού υπολογιστή.

Το νέο σύστημα, που ονομάζεται D-Wave One, δεν έχει σημαντικές διαφορές στην απόδοση από έναν συμβατικό υπολογιστή. Ομως θα μπορούσε να αποτελέσει ένα βήμα στο δρόμο για την περαιτέρω εφαρμογή της τεχνολογίας των κβαντικών υπολογιστών, που θεωρητικά μπορούν να λύσουν προβλήματα τα οποία είναι άλυτα για τους συμβατικούς. Ενα παράδειγμα είναι η παραβίαση κρυπτογραφημένων συστημάτων μέσω της επίλυσης μαθηματικών προβλημάτων σε απίθανες ταχύτητες.

Οπως παλιότερα, όταν οι υπολογιστές είχαν το μέγεθος ολόκληρων δωματίων, έτσι και το σύστημα που αγόρασε η Λόκχιντ Μάρτιν καταλαμβάνει 10 τετραγωνικά μέτρα. Αντί να λειτουργεί σαν ένας μεμονωμένος υπολογιστής, παίρνει το ρόλο του εξειδικευμένου βοηθού ενός συμβατικού λογισμικού, ο οποίος μαθαίνει από παλαιότερα δεδομένα και προβλέπει μελλοντικά γεγονότα. Η εταιρεία οπλικών συστημάτων λέει πως σκοπεύει να χρησιμοποιήσει τη νέα της αγορά για την εύρεση ανωμαλιών σε προϊόντα της που χρησιμοποιούν περίπλοκα λογισμικά συστήματα.

Στην καρδιά του D-Wave One βρίσκεται ένας επεξεργαστής που αποτελείται από 128 qubits, που σημαίνει quantum bits εν συντομία. Τα μαγνητικά πεδία που χρησιμοποιούν τα qubits, αντιπροσωπεύουν κάθε 1 ή 0 ψηφιακών πληροφοριών ανά πάσα στιγμή και μπορούν επίσης να χρησιμοποιήσουν την κβαντομηχανική για να επιτύχουν μία κατάσταση «επαλληλίας» αντιπροσωπεύοντας και τα δύο (το 0 και το 1) ταυτόχρονα. Οταν τα qubits σε αυτή την κατάσταση δουλεύουν μαζί, μπορούν να λειτουργήσουν με εκθετικά περισσότερα δεδομένα από τον αντίστοιχο αριθμό κανονικών bit.

Η μηχανή της D-Wave κατασκευάστηκε για να κάνει ένα πράγμα καλύτερα από έναν κανονικό υπολογιστή: να δίνει κατά προσέγγιση απαντήσεις σε προβλήματα που μπορούν να λυθούν μόνο εξαντλώντας κάθε πιθανή λύση.

Το σύστημα προορίζεται για χρήση από προγραμματιστές που δεν γνωρίζουν καθόλου τις αρχές της κβαντομηχανικής. Μία σειρά από απλά πρωτόκολλα διευκολύνουν την εισαγωγή δεδομένων στο σύστημα D-Wave σε τυποποιημένη μορφή.

«Εισάγεις το πρόβλημα και παίρνεις πίσω ένα πολύ πιο ακριβές αποτέλεσμα απ' αυτό που θα έπαιρνες από έναν συμβατικό υπολογιστή» λέει ο Τζόρντι Ρόουζ, ιδρυτής και πρόεδρος της D-Wave. Εξηγεί πως τα τεστ έχουν δείξει ότι το πρόγραμμα που χρησιμοποιεί το σύστημα D-Wave μπορεί να μάθει πράγματα, όπως η αναγνώριση συγκεκριμένων αντικειμένων σε φωτογραφίες έως και με 9% περισσότερη ακρίβεια από ένα συμβατικό υπολογιστή. Ο Ρόουζ προβλέπει πως το ποσοστό αυτό θα αυξηθεί γρήγορα, καθώς οι προγραμματιστές μαθαίνουν να βελτιστοποιούν τον κώδικα που καθορίζει τη συμπεριφορά του κβαντικού συστήματος.

Η Google πειραματίζεται με την τεχνολογία αυτή εδώ και μερικά χρόνια, με σκοπό τη βελτίωση του προγράμματός της που ερμηνεύει φωτογραφίες. Το 2009, η εταιρεία δημοσίευσε μία σειρά από μελέτες που δείχνουν πως το κβαντικό σύστημα λειτουργεί με περισσότερη ταχύτητα και ακρίβεια σε σχέση με το συμβατικό λογισμικό που χρησιμοποιεί η Google στο κέντρο δεδομένων της.

Ο Αλαν Σνέιβελι στο Κέντρο Υπερυπολογιστών του Σαν Ντιέγκο έχει χρησιμοποιήσει συμβατικές εκδόσεις αλγόριθμων σαν αυτούς που είναι ενσωματωμένοι στο σύστημα D-Wave. Λέει πως τα προβλήματα τύπου «ψύλλος στα άχυρα», τα οποία είναι σχεδιασμένοι να λύνουν, είναι πολύ σημαντικά για την πληροφορική. «Αυτά είναι προβλήματα για τα οποία καταλαβαίνεις ποια είναι η σωστή απάντηση μόνο όταν τη δεις, όμως το να τη βρεις μέσα στις ατελείωτες πιθανές απαντήσεις είναι εξαιρετικά δύσκολο», εξηγεί. Το να μπορείς να πειραματιστείς με το νέο σύστημα χρησιμοποιώντας συμβατικά εργαλεία θα είναι κάτι πολύ δελεαστικό για τους προγραμματιστές. «Είναι πολύ ενδιαφέρον όταν σκεφτεί κανείς τις δυνατότητες που μπορεί να σου δώσει, θα ήθελα πολύ να το δοκιμάσω».

Η τεχνολογία του D-Wave δέχθηκε έντονη αμφισβήτηση τα 12 χρόνια που βρισκόταν σε εξέλιξη. Πολλοί ερευνητές αναρωτιούνται εάν αξιοποιούνται όντως κβαντομηχανικές ιδιότητες. Μία μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό «Nature» καταπιάστηκε με το συγκεκριμένο ζήτημα, αναφέροντας πως η συμπεριφορά της μίας εκ των οκτώ ομάδων qubit που αποτελούν το D-Wave One μπορούν να εξηγηθούν καλύτερα μέσω ενός μαθηματικού μοντέλου, υποθέτοντας τη λειτουργία μέσω κβαντομηχανικών ιδιοτήτων αντί μέσω ενός που υποθέτει τη λειτουργία μέσω της κλασικής φυσικής.

Ωστόσο το πείραμα δεν περιείχε αποτελέσματα πράξεων και υπολογισμών του συστήματος, αφήνοντας τους ειδικούς με περισσότερες αμφιβολίες. Ο Ρόουζ λέει πως η τεχνολογία βεβαίως και χρησιμοποιεί κβαντομηχανικές ιδιότητες, όμως για τους προγραμματιστές το μόνο που έχει πραγματική σημασία είναι πως «συγκριτικά με τις συμβατικές μεθόδους, έχουν στη διάθεσή τους ένα λογισμικό που είναι απλά πολύ καλύτερο».

© 2011 Technology Review