Του Πετρου Παπακωνσταντινου

Δανεισμένος από το λεξιλόγιο της νεώτερης Φυσικής, ο όρος «κβαντικό άλμα» χρησιμοποιείται δημοσιογραφικά για να υποδηλώσει την απότομη, επαναστατική αλλαγή, σε αντιδιαστολή με την αργή, βήμα προς βήμα συσσώρευση μικροτροποποιήσεων. Την περασμένη εβδομάδα, όμως, τα διεθνή επιστημονικά περιοδικά που μιλούσαν για «κβαντικό άλμα των υπολογιστών» κυριολεκτούσαν: Αυτό που ανακοίνωσε, με άρθρο της στο περιοδικό Science, ερευνητική ομάδα από το πανεπιστήμιο του Μπρίστολ, προαναγγέλλει ένα επαναστατικά καινούργιο είδος υπολογιστών, οι οποίοι θα αξιοποιούν τους θεμελιώδεις νόμους της Κβαντικής Φυσικής, υπερβαίνοντας κατά πολύ τις δυνατότητες των συμβατικών, ηλεκτρονικών συστημάτων.

Σε συνεργασία με αντίστοιχες ερευνητικές ομάδες από την Ιαπωνία, το Ισραήλ και την Ολλανδία, οι επιστήμονες του βρετανικού πανεπιστημίου πραγματοποίησαν ένα σημαντικό, τεχνολογικό άλμα: κατασκεύασαν ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα (chip) που λειτουργεί με βάση όχι τον ηλεκτρισμό, αλλά το φως. Αξιοποιώντας τις παραξενιές του μικρόκοσμου, το εν λόγω κύκλωμα μπορεί να αποτελέσει τη βάση για την κατασκευή υπολογιστών απείρως ταχύτερων από τους καλύτερους συμβατικούς. Οι ειδικοί λένε ότι οι αυριανοί, κβαντικοί υπολογιστές θα υπερτερούν τόσο πολύ έναντι των σημερινών, που βασίζονται στο τρανζίστορ, όσο υπερτερούν οι τελευταίοι έναντι του πρώτου, πειραματικού υπολογιστή, του περίφημου ENIAC, που κατασκευάστηκε από τους Αμερικανούς το 1946 με λυχνίες κενού.

Δεν είναι η πρώτη φορά που μια ερευνητική ομάδα ανακοινώνει ότι πραγματοποίησε ένα αποφασιστικό βήμα στον δρόμο για την κατασκευή κβαντικού υπολογιστή. Το 2005, ερευνητές του πανεπιστημίου του Μίτσιγκαν, στις ΗΠΑ, κατασκεύασαν ένα κβαντικό, ολοκληρωμένο κύκλωμα που λειτουργούσε με «παγίδες ιόντων», διατάξεις που παράγονται με συνήθεις, λιθογραφικές τεχνικές. Το 2009, επιστήμονες από το πανεπιστήμιο του Γέιλ, και πάλι στις ΗΠΑ, παρουσίασαν τον πρώτο κβαντικό μικροεπεξεργαστή, ο οποίος βασιζόταν σε διατάξεις ημιαγωγών, όπως και τα συμβατικά τρανζίστορ. Η ύπαρξη τόσο διαφορετικών τεχνολογικών λύσεων στο πρόβλημα υποδηλώνει ότι η έρευνα για την κατασκευή του κβαντικού υπερυπολογιστή βρίσκεται ακόμη στη νηπιακή ηλικία της. Σύμφωνα με τις επικρατούσες, μέχρι χθες, εκτιμήσεις, η πρώτη λειτουργική μηχανή αυτού του είδους θα έρθει μετά από 25, πάνω-κάτω, χρόνια, ίσως και περισσότερα.

Ωστόσο, το πρόσφατο επίτευγμα των Βρετανών επιστημόνων και των συναδέλφων τους μπορεί να φέρει το μέλλον πολύ πιο κοντά. Ο Τζέρεμι Ο' Μπράιαν, διευθυντής του βρετανικού ερευνητικού κέντρου Quantum Photonics και συντονιστής του προγράμματος, πιστεύει ότι με τη νέα τεχνική ο πρώτος κβαντικός υπολογιστής μπορεί να είναι διαθέσιμος σε ορίζοντα πενταετίας. Η επίδραση της επωαζόμενης τεχνολογικής επανάστασης προβλέπεται ότι θα είναι ευεργετικά θεαματική σε ευρύ φάσμα εφαρμογών, από τις επικοινωνίες μέχρι τη φαρμακευτική βιομηχανία, την κατασκευή νέων υλικών και αποτελεσματικότερων φωτοβολταϊκών στοιχείων.

Ενας από τους τομείς που αναμένεται να δεχθεί τις πιο ανατρεπτικές επιδράσεις είναι η… κατασκοπεία! Τα περισσότερα από τα υπάρχοντα συστήματα κρυπτογράφησης πληροφοριών στηρίζονται στη δυσκολία των συμβατικών υπολογιστών να λύσουν, εντός λογικού χρόνου, το πρόβλημα της «παραγοντοποίησης», δηλαδή να σπάσουν έναν μεγάλο, ακέραιο αριθμό σε γινόμενο πρώτων αριθμών (π. χ. 2310=2Χ3Χ5Χ7Χ11). Ωστόσο, οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούν να λύσουν το ίδιο πρόβλημα σε πολύ λιγότερο χρόνο, καθώς η βασική Φυσική στην οποία υπακούουν τους επιτρέπει να εκτελούν πολύ περισσότερες λειτουργίες ταυτόχρονα. Εύκολα αντιλαμβάνεται κανείς γιατί οι σχετικές έρευνες τυγχάνουν γενναιόδωρης χρηματοδότησης από τις μυστικές υπηρεσίες και τα υπουργεία Αμυνας των ΗΠΑ και άλλων ισχυρών κρατών.

Πέραν του αμερικανικού στρατιωτικού-βιομηχανικού συμπλέγματος, ζωηρό είναι το ενδιαφέρον που επιδεικνύουν πολλές κυβερνήσεις (με προεξάρχουσες εκείνες των ευρωπαϊκών χωρών, της Ιαπωνίας, του Καναδά και της Σιγκαπούρης) και επιχειρήσεις. Ιδιαίτερα στην Ευρωπαϊκή Ενωση η κβαντική ηλεκτρονική αντιμετωπίζεται ως το αποφασιστικό θεμέλιο για την Πληροφορική του 21ου αιώνα. Σ' αυτό το πλαίσιο εντάχθηκε το μεγάλο ερευνητικό πρόγραμμα QIPC της τετραετίας 2005-2009, όπως και το πρόγραμμα Eurosqip, για την κατασκευή ενός ευρωπαϊκού, κβαντικού μικροεπεξεργαστή, ο οποίος στηρίζεται στο φαινόμενο της υπεραγωγιμότητας.

Το πρόγραμμα Eurosqip ολοκληρώθηκε με επιτυχία τον περασμένο Απρίλιο, πιστοποιώντας το προβάδισμα της Ευρώπης σε έναν από τους τομείς τεχνολογικής αιχμής, που ενδέχεται να παίξουν καθοριστικό ρόλο στο εγγύς μέλλον. Αλλη μια ένδειξη προς αυτή την κατεύθυνση, όπως γράφει στο τελευταίο τεύχος του το περιοδικό Scientific American, ήρθε πρόσφατα από το Ινστιτούτο Μαξ Πλανκ του Γκάρτσινγκ, στη Γερμανία, όπου ερευνητική ομάδα υπό τον καθηγητή Γκέρχαρντ Ρέμπε κατασκεύασε φωτεινό «διακόπτη» χρησιμοποιώντας ακτίνες λέιζερ, όπου η μία ακτίνα είναι σε θέση να ρυθμίσει την άλλη. Το επίτευγμα αυτό μπορεί να οδηγήσει στην κατασκευή μονάδων οπτικής μνήμης, οι οποίες θα έρθουν να προστεθούν στους οπτικούς επεξεργαστές του μέλλοντος, κάτι που θα αφαιρέσει ένα από τα σοβαρότερα εμπόδια για τη δημιουργία λειτουργικών κβαντικών υπολογιστών.

Αρκετές επιχειρήσεις οσμίζονται μελλοντικά κέρδη και επενδύουν σημαντικά ποσά στο πεδίο αυτό. Οπως συμβαίνει συνήθως στους κλάδους τεχνολογικής αιχμής, η καινοτομία προσελκύει, εκτός από τις παραγωγικές επενδύσεις, και τις αγρίως κερδοσκοπικές «φούσκες». Τον Φεβρουάριο του 2008, η εταιρεία D-Wave Systems, με έδρα το Βανκούβερ του Καναδά, δέχθηκε τα πυρά πολλών επιστημόνων και τεχνικών όταν ανακοίνωσε ότι ανακάλυψε το μυστικό για την κατασκευή του πρώτου κβαντικού υπολογιστή, ο οποίος προορίζεται για την αγορά, του περίφημου Orion. Από τότε έχουν περάσει δυόμισι χρόνια, αλλά ούτε ο Orioούτε οποιοδήποτε άλλο «κβαντικό» προϊόν της εταιρείας έχει βρει τον δρόμο προς τα καταστήματα υπολογιστών. Παρ' όλα αυτά, η καλή εταιρεία κατάφερε να αποσπάσει 57 εκατομμύρια δολάρια από τους επενδυτές που συμμερίστηκαν την αισιοδοξία της. Μπορεί κοτζάμ Αϊνστάιν να μην πείσθηκε, μέχρι το τέλος της ζωής του, από την Κβαντική Φυσική, αλλά η όσφρηση των αγορών είναι, για ορισμένα πράγματα, αλάνθαστη.

- Thomas Levenson, «Ο Αϊνστάιν στο Βερολίνο», Λιβάνης, 2007.

- Ευτύχη Μπιτσάκη, «Η εξέλιξη των θεωριών της Φυσικής», Δαίδαλος - Ι. Ζαχαρόπουλος, 2008.

- Clive Cookson, «Computers set for quantum leap», Financial Times, 16/9/2010.

- Neil Gershenfeld and Isaac L. Chuang, «Quantum Computing with Molecules», Scientific American, June 2006.