Δ. Αγγελάκης: Συνδέσαμε διαφορετικές περιοχές της επιστήμης

ΔΗΜΗΤΡΗΣ ΑΓΓΕΛΑΚΗΣ (καθηγητής Πολυτεχνείου Κρήτης και βασικός ερευνητής στο Κέντρο Κβαντικών Τεχνολογιών της Σιγκαπούρης)

Συνέντευξη στον ΓΙΑΝΝΗ ΛΥΒΙΑΚΗ – enet.gr

Παρόλο που έχουμε κάνει τεράστια βήματα τα τελευταία 10-15 χρόνια, έχουμε ακόμα αρκετό δρόμο μέχρι να κατασκευάσουμε κβαντικές μηχανές ευρείας χρήσεως, δηλαδή για προσωπική χρήση. Με ασύλληπτες ταχύτητες θα «τρέχουν» οι υπολογιστές στο μέλλον, οι λεγόμενοι «κβαντικοί υπολογιστές», για τη δημιουργία των οποίων εργάζεται ένας Έλληνας επιστήμονας με την ομάδα του.

Πρόκειται για τον καθηγητή του Πολυτεχνείου Κρήτης και βασικό ερευνητή στο Κέντρο Κβαντικών Τεχνολογιών της Σιγκαπούρης Δημήτρη Αγγελάκη, ο οποίος μας εξηγεί ότι με τους κβαντικούς υπολογιστές θα μπορούμε να επεξεργαστούμε και να αποθηκεύσουμε περισσότερους αριθμούς από το συνολικό αριθμό ατόμων σε ολόκληρο το Σύμπαν! Οι εργασίες του για κβαντικούς υπολογιστές με φωτόνια έχουν τύχει παγκόσμιας αναγνώρισης και έχουν φέρει νέα δεδομένα στον τομέα των κβαντικών τεχνολογιών.

* Οι εργασίες σας για τα φωτόνια τι καινούργιο έχουν φέρει στον τομέα αυτό;

– Καταφέραμε να συνδέσουμε μέχρι τώρα διαφορετικές περιοχές της επιστήμης, τη φυσική των Laser με τη φυσική συμπυκνωμένης ύλης, τη νανοτεχνολογία και τους κβαντικούς υπολογιστές.

* Εκτοτε, έχει εξελιχθεί η εργασία σας, και σε ποια επίπεδα;

– Ανοιξε, θα λέγαμε, ένα καινούργιο πεδίο σχετικό με τη χρήση ισχυρά αλληλεπιδρώντων φωτονίων ως μέσου κατανόησης και περιγραφής της ύλης στο μικρόκοσμο. Πολλές σημαντικές ερευνητικές ομάδες σε διεθνές επίπεδο ξεκίνησαν ερευνητικά προγράμματα εμπνευσμένες από τη δουλειά μας, σε θεωρητικό αλλά και πειραματικό επίπεδο, σε όλο το ερευνητικό φάσμα, από βασική έρευνα μέχρι εφαρμογές στη νανοτεχνολογία. Εμείς, συγκεκριμένα, είμαστε στη φάση πειραματικής υλοποίησης των προβλέψεών μας, σε συνεργασία με πειραματικές και θεωρητικές ομάδες στη Γερμανία, στις ΗΠΑ και στη Σιγκαπούρη. Ταυτόχρονα, μαθαίνουμε από τη διεθνή βιβλιογραφία και τις αναφορές που μας κάνουν, αλλά και από τις συμμετοχές μας σε διεθνή συνέδρια, ότι τουλάχιστον 20 ερευνητικές ομάδες στις ΗΠΑ, στην Ευρώπη και στην Ασία προσπαθούν να παραγάγουν έρευνα βασισμένες στη βασική μας πρόταση των φωτονικών κβαντικών προσομοιωτών.

* Πώς μπορείτε να συμβάλετε στη δημιουργία κβαντικών υπολογιστών;

– Η εργασία μας, όπως και αυτές που ακολούθησαν από εμάς και άλλους τα τελευταία χρόνια, ανήκουν στον τομέα των κβαντικών προσομοιωτών. Αυτοί είναι κβαντικοί υπολογιστές «προγραμματισμένοι» να τρέχουν «κβαντικό software σε κβαντικό hardware». Αυτό τους επιτρέπει να λύνουν προβλήματα που μέχρι σήμερα αδυνατούμε να αντιμετωπίσουμε και σε βασικό επίπεδο κατανόησης, αλλά και σε υπολογιστικό επίπεδο. Για παράδειγμα, το πώς λειτουργούν οι υπεραγωγοί και αν είναι δυνατή η ύπαρξή τους σε θερμοκρασία δωματίου ή ποιες είναι οι φυσικές αρχές που διέπουν τη λειτουργία του κβαντικού μαγνητισμού και των αντίστοιχων κβαντικών μονάδων μνήμης.

Απαντήσεις στα παραπάνω δύο, αλλά και σε άλλα παρόμοια ανοιχτά προβλήματα θα οδηγήσουν σε πλήθος εφαρμογών, όπως στην κατασκευή λειτουργικών κβαντικών νανο-κυκλωμάτων ως βασικών μονάδων επεξεργασίας πληροφορίας (κβαντικών τσιπ). Δυστυχώς, οι κλασικοί υπολογιστές, δηλαδή οι υπολογιστές που έχουμε τώρα και που λειτουργούν με τις αρχές της κλασικής φυσικής, αντιμετωπίζουν τεράστια προβλήματα μνήμης και επεξεργασίας όταν καλούνται να προσομοιώσουν, να περιγράψουν και τα πιο απλά κβαντικά συστήματα. Οι κβαντικοί προσομοιωτές, ως κβαντικά συστήματα οι ίδιοι, όπως πρώτος είχε παρατηρήσει ο Richard Feynman τη δεκαετία του ’80, μπορούν να προσομοιώσουν τη συμπεριφορά ενός άλλου κβαντικού συστήματος (ενός φωτονικού ή ηλεκτρονικού νανοκυκλώματος, για παράδειγμα) αποτελεσματικά και με εκθετικά μικρότερο αριθμό υπολογιστικών βημάτων απ’ ό,τι ένας κλασικός υπολογιστής.

* Τι ακριβώς είναι οι κβαντικοί υπολογιστές και σε τι ταχύτητες θα λειτουργούν;

– Ας υποθέσουμε ότι έχουμε δύο κβαντικά bits (qubits). Λόγω της αρχής της κβαντικής υπέρθεσης, σε αυτά μπορούν να συνυπάρξουν και οι τέσσερις υπολογιστικές καταστάσεις (αριθμοί 00, 01, 10, 11) ταυτόχρονα. Σε έναν κλασικό υπολογιστή, μόνο μία κατάσταση επιτρέπεται τη φορά, είτε η 00, είτε η 01 κ.λπ. Με τρία qubits αποθηκεύουμε και επεξεργαζόμαστε ταυτόχρονα 2Α3=8 αριθμούς. Με 200 qubits, τα οποία είναι πολύ λιγότερα από τα μπιτ ενός απαρχαιωμένου υπολογιστή του ’70, θα μπορούμε να επεξεργαστούμε και να αποθηκεύσουμε περισσότερους αριθμούς από το συνολικό αριθμό ατόμων σε ολόκληρο το Σύμπαν!

Εχει αποδειχθεί ότι χρησιμοποιώντας την αρχή του κβαντικού παραλληλισμού μπορούμε να φτιάξουμε κβαντικούς αλγόριθμους που μπορούν να ψάξουν σε μια βάση δεδομένων (το όνομα που αντιστοιχεί σε έναν αριθμό σε ένα τεράστιο τηλεφωνικό κατάλογο, για παράδειγμα) ή να σπάσουν τεράστιους κωδικούς κρυπτογραφίας, σε κλάσματα του χρόνου που κάνει ένας σύγχρονος κλασικός υπερυπολογιστής. Μιλάμε για λεπτά της ώρας στη μια περίπτωση και μήνες του χρόνου στην άλλη!

* Θα δούμε σύντομα κβαντικούς υπολογιστές στην αγορά;

– Πρέπει να πω εδώ ότι, παρόλο που έχουμε κάνει τεράστια βήματα τα τελευταία 10-15 χρόνια, έχουμε ακόμα αρκετό δρόμο μέχρι να κατασκευάσουμε κβαντικές μηχανές ευρείας χρήσεως, για προσωπική χρήση δηλαδή. Σε ερευνητικό επίπεδο και σε εφαρμογές μεγάλου μεγέθους που θα λύνουν προβλήματα στη νανοτεχνολογία, στην κρυπτογραφία, και ίσως στη βιολογία και στην ιατρική, είμαστε πιο κοντά.

Το πρόβλημα είναι κυρίως τεχνολογικό, καθώς η απομόνωση και ο χειρισμός της ύλης σε κβαντικό επίπεδο είναι κάτι που μαθαίνουμε να κάνουμε αποτελεσματικά μόνο τα τελευταία χρόνια. Να πω εδώ ότι το Νόμπελ στη Φυσική φέτος απονεμήθηκε σε δύο πρωτεργάτες σε αυτήν την κατεύθυνση, τον David Wineland από τις ΗΠΑ και τον Serge Haroche από τη Γαλλία, που πρώτοι, πριν από μερικά χρόνια, κατάφεραν να απομονώσουν και να πραγματοποιήσουν βασικούς κβαντικούς υπολογισμούς, ο πρώτος σε άτομα σε μορφή ιόντων και ο δεύτερος σε φωτόνια.

physicsgg.me