Η παρουσίαση από την IBM δύο νέων κβαντικών υπερυπολογιστών και τα σχέδια της Δανίας για την ανάπτυξη «του ισχυρότερου εμπορικού κβαντικού υπολογιστή στον κόσμο» αποτελούν ενδείξεις ότι η κβαντική τεχνολογία περνά με ταχείς ρυθμούς από το στάδιο των πειραματικών ανακαλύψεων σε πρακτικές εφαρμογές.
Η προοπτική της κβαντικής τεχνολογίας να επιλύσει προβλήματα που σήμερα τα συμβατικά συστήματα δυσκολεύονται να αντιμετωπίσουν (ή δεν μπορούν καν να προσεγγίσουν) δημιουργεί προσδοκίες για μεγάλες αλλαγές στη βιομηχανία, την εθνική ασφάλεια και την καθημερινή ζωή.
Στον πυρήνα της, η κβαντική τεχνολογία αξιοποιεί τους νόμους της κβαντομηχανικής, που περιγράφουν τη συμπεριφορά της ύλης και της ενέργειας στις μικρότερες κλίμακες. Σε αυτόν τον «παράξενο» κόσμο, τα σωματίδια μπορούν να βρίσκονται σε πολλές καταστάσεις ταυτόχρονα (υπέρθεση) και να παραμένουν συνδεδεμένα ακόμη και σε μεγάλες αποστάσεις (διεμπλοκή). Φαινόμενα που κάποτε θεωρούνταν καθαρά θεωρητικά ενσωματώνονται πλέον σε νέα συστήματα: υπολογιστές που επεξεργάζονται πληροφορίες με διαφορετικό τρόπο, αισθητήρες εξαιρετικής ακρίβειας και δίκτυα επικοινωνίας που είναι πρακτικά αδύνατο να παραβιαστούν.
Σύμφωνα με το The Conversation, η κβαντική τεχνολογία μπορεί σύντομα να έχει απτή επίδραση στους ακόλουθους πέντε τομείς:
1. Ανακαλύψεις στην ιατρική και την επιστήμη των υλικών
Η ανάπτυξη νέων φαρμάκων και υλικών αποτελεί έναν από τους τομείς όπου η κβαντική τεχνολογία θα μπορούσε να έχει άμεσο αντίκτυπο. Στη φαρμακευτική έρευνα, οι επιστήμονες καλούνται να εξετάσουν χιλιάδες πιθανά μόρια και αλληλεπιδράσεις. Στην επιστήμη υλικών, αναζητούνται νέοι συνδυασμοί ατόμων για καλύτερες μπαταρίες, χημικά και κράματα. Οι συμβατικοί υπερυπολογιστές μπορούν να περιορίσουν τις επιλογές, αλλά συχνά φτάνουν στα όριά τους.
Οι κβαντικοί υπολογιστές χρησιμοποιούν qubits, τη βασική μονάδα πληροφορίας τους. Σε αντίθεση με τα κλασικά bits, που έχουν τιμή 0 ή 1, τα qubits μπορούν να βρίσκονται σε πολλαπλές καταστάσεις ταυτόχρονα. Αυτό επιτρέπει την ταυτόχρονη διερεύνηση πολλών πιθανών λύσεων και την προσομοίωση πολύπλοκων αλληλεπιδράσεων.
Στην υγεία, αυτό θα μπορούσε να επιταχύνει την ανακάλυψη φαρμάκων και την εξατομικευμένη ιατρική. Στην ενέργεια και τη βιομηχανία, η κβαντική προσομοίωση υλικών μπορεί να οδηγήσει σε πιο αποδοτικές μπαταρίες, καταλύτες και πολυμερή.
Αν και οι πλήρως εμπορικοί κβαντικοί υπολογιστές βρίσκονται ακόμη υπό ανάπτυξη, η πρόοδος επιταχύνεται και τα υβριδικά μοντέλα που συνδυάζουν κλασικούς και κβαντικούς υπολογισμούς δείχνουν ήδη σημαντικές δυνατότητες.
2. Αισθητήρες για την πλοήγηση, την ιατρική και το περιβάλλον
Νέοι αισθητήρες που αξιοποιούν κβαντικά φαινόμενα μπορούν να ανιχνεύουν μεταβολές που δεν γίνονται αντιληπτές με τα συμβατικά όργανα. Στην πλοήγηση, θα μπορούσαν να καθοδηγούν πλοία, υποβρύχια και αεροσκάφη χωρίς GPS, βασιζόμενοι σε μικρές μεταβολές των μαγνητικών και βαρυτικών πεδίων της Γης.
Στην ιατρική, τέτοιοι αισθητήρες θα μπορούσαν να επιτρέψουν ταχύτερες και μη επεμβατικές διαγνωστικές απεικονίσεις. Στο περιβάλλον, μπορούν να εντοπίζουν μικρές αλλαγές κάτω από την επιφάνεια της Γης, να προειδοποιούν για σεισμική δραστηριότητα ή να ανιχνεύουν ίχνη ρύπων στον αέρα και το νερό με μεγάλη ακρίβεια.
3. Βελτιστοποίηση στα logistics και την οικονομία
Πολλές από τις δυσκολότερες σύγχρονες προκλήσεις αφορούν τη βελτιστοποίηση πολύπλοκων συστημάτων: τη διαχείριση ενεργειακών δικτύων, τον προγραμματισμό πτήσεων, τις χρηματοοικονομικές συναλλαγές ή τις παγκόσμιες εφοδιαστικές αλυσίδες. Τα προβλήματα αυτά περιλαμβάνουν δισεκατομμύρια πιθανά σενάρια, τα οποία ακόμη και οι πιο ισχυροί υπολογιστές δυσκολεύονται να επεξεργαστούν εγκαίρως.
Οι κβαντικοί αλγόριθμοι μπορούν να εξετάζουν πολλές πιθανές λύσεις ταυτόχρονα και να εντοπίζουν τις βέλτιστες πολύ πιο γρήγορα.
Μια εταιρεία logistics θα μπορούσε να προσαρμόζει διαδρομές σε πραγματικό χρόνο, ενώ τα δίκτυα μεταφορών θα μπορούσαν να αποφεύγουν καθυστερήσεις. Στον ενεργειακό τομέα, θα ήταν δυνατή η καλύτερη ισορροπία μεταξύ παραγωγής και κατανάλωσης ανανεώσιμης ενέργειας. Στον χρηματοπιστωτικό τομέα, οι τράπεζες θα μπορούσαν να αξιολογούν πολλαπλά σενάρια της αγοράς ταυτόχρονα.
4. Εξαιρετικά ασφαλής επικοινωνία
Η κβαντική τεχνολογία θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά την ασφάλεια των δεδομένων. Από τη μία πλευρά, οι κβαντικοί υπολογιστές πλησιάζουν στο σημείο να μπορούν να «σπάνε» ορισμένα σημερινά συστήματα κρυπτογράφησης (όπως η κρυπτογράφηση RSA που εξασφαλίζει τη μετάδοση δεδομένων στο διαδίκτυο). Από την άλλη, τεχνικές όπως η κβαντική διανομή κλειδιών (QKD)υπόσχονται εγγενώς ασφαλείς επικοινωνίες.
Στην πράξη, αυτό θα μπορούσε να προστατεύσει οικονομικές συναλλαγές, ιατρικά αρχεία και κρατικές επικοινωνίες. Για τα κράτη, η κβαντική ασφάλεια αποτελεί στρατηγική προτεραιότητα. Για τους πολίτες, θα μπορούσε να σημαίνει ισχυρότερη ψηφιακή ιδιωτικότητα και μικρότερο κίνδυνο κυβερνοεπιθέσεων.
5. Επιτάχυνση της τεχνητής νοημοσύνης
Η τεχνητή νοημοσύνη απαιτεί τεράστια υπολογιστική ισχύ. Στο μέλλον, οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν να επιταχύνουν την εκπαίδευση μοντέλων και να επιλύουν υπολογισμούς που σήμερα θεωρούνται υπερβολικά σύνθετοι.
Αν και βρίσκονται ακόμη σε πρώιμο στάδιο ανάπτυξης, οι κβαντικοί αλγόριθμοι θα μπορούσαν να βελτιώσουν την μηχανική μάθηση, την προσομοίωση πολύπλοκων συστημάτων και τη σχεδίαση νέων αρχιτεκτονικών AI. Αυτό θα οδηγήσει σε συστήματα που μαθαίνουν ταχύτερα, επεξεργάζονται μεγαλύτερα σύνολα δεδομένων και κατανοούν καλύτερα το περιβάλλον τους, από ιατρικά εργαλεία διάγνωσης έως προηγμένους ψηφιακούς βοηθούς.