Un calculator obișnuit a reușit ceea ce mulți credeau posibil doar pentru computerele cuantice. Descoperirea care schimbă totul

De ani întregi, industria tehnologică promovează computerele cuantice drept următorul mare salt al omenirii în procesarea informației. Aceste sisteme promit să rezolve probleme imposibil de abordat pentru calculatoarele clasice, de la simularea materialelor exotice până la dezvoltarea unor medicamente revoluționare.

Însă un nou studiu sugerează că povestea este mai complicată decât părea. Cercetătorii au demonstrat că o problemă considerată până de curând accesibilă exclusiv computerelor cuantice poate fi rezolvată și cu ajutorul unui sistem clasic, folosind însă metode matematice extrem de ingenioase.

Problema considerată imposibilă pentru calculatoarele clasice

În centrul cercetării se află așa-numitele „spin glasses”, materiale exotice în care mici magneți la nivel atomic sunt orientați într-un mod aparent haotic. Aceste sisteme reprezintă un coșmar pentru simulări deoarece implică fenomene cuantice complexe, inclusiv celebrul efect de întrepătrundere cuantică, cunoscut drept entanglement, scrie revista Science.

Pe măsură ce numărul particulelor crește, cantitatea de calcule necesară explodează exponențial. Tocmai din acest motiv, anul trecut, simularea unui astfel de sistem pe un computer cuantic a fost prezentată drept o demonstrație a avantajului pe care această tehnologie îl poate avea asupra calculatoarelor convenționale.

Acum, o echipă de la Flatiron Institute din Statele Unite a reușit să obțină rezultate comparabile folosind hardware clasic.

Secretul nu a fost o putere de calcul uriașă, ci dezvoltarea unor algoritmi noi de compresie matematică. Cercetătorii au găsit o metodă de a elimina informațiile redundante și de a păstra doar conexiunile esențiale din sistemul analizat.

Practic, abordarea funcționează asemănător comprimării unui fișier într-o arhivă ZIP. Datele importante sunt păstrate, iar informațiile care ocupă spațiu inutil sunt eliminate temporar pentru a reduce drastic volumul de calcule.

Cum a reușit un PC să concureze cu un computer cuantic

Pentru a face simulările posibile, echipa a folosit așa-numitele „rețele tensoriale”, instrumente matematice care permit reprezentarea eficientă a relațiilor dintre particulele cuantice.

Acestea au fost combinate cu un algoritm mai vechi, numit „belief propagation”, folosit pentru extragerea rapidă a informațiilor relevante din sistem.

Rezultatul a fost surprinzător. Unele dintre calculele inițiale au putut fi efectuate chiar și pe un laptop obișnuit. Pentru simulările mai complexe a fost necesar un sistem performant, dotat cu procesor și placă video de nivel înalt, însă tot vorbim despre un calculator clasic, nu despre un dispozitiv cuantic.

Mai mult, simulările realizate de echipă au oferit rezultate comparabile sau chiar superioare celor obținute anterior cu ajutorul unui computer cuantic pentru anumite tipuri de structuri analizate.

Descoperirea nu înseamnă că era computerelor cuantice s-a încheiat înainte să înceapă. Dimpotrivă. Cercetarea arată că încă nu știm exact unde se află avantajul real al acestor sisteme și pentru ce probleme vor deveni cu adevărat indispensabile.

În același timp, studiul demonstrează că calculatoarele clasice sunt departe de a-și fi atins limitele. De multe ori, progresul nu vine neapărat din hardware mai puternic, ci din idei matematice mai inteligente.

Pentru comunitatea științifică, acesta este unul dintre cele mai interesante aspecte ale descoperirii. În loc să existe o competiție directă între calculul clasic și cel cuantic, cele două domenii par să se ajute reciproc. Simulările realizate pe sisteme tradiționale pot valida rezultatele obținute de computerele cuantice și pot indica direcțiile în care aceste tehnologii merită dezvoltate.

China vrea să tragă ploaia spre nord: planul uriaș de a crea un „râu în cer” cu mii de lansatoare