Un PC obişnuit a rezolvat o problemă considerată imposibilă

De mai bine de un deceniu, computerele cuantice sunt prezentate drept viitorul procesării informaţiei, capabile să rezolve probleme pe care sistemele clasice nu le pot aborda într-un timp rezonabil. De la descoperirea de noi materiale până la dezvoltarea medicamentelor de ultimă generaţie, promisiunile acestei tehnologii au alimentat investiţii de miliarde de dolari la nivel global.

Un nou studiu sugerează însă că diferenţa dintre calculul clasic şi cel cuantic ar putea fi mai puţin clară decât se credea. Cercetătorii au demonstrat că o problemă considerată până recent accesibilă exclusiv computerelor cuantice poate fi abordată şi cu ajutorul unor sisteme convenţionale, folosind algoritmi matematici extrem de eficienţi.

Cercetarea s-a concentrat asupra unor materiale complexe cunoscute sub numele de „spin glasses”, sisteme în care orientarea microscopică a particulelor magnetice pare aleatorie şi generează comportamente extrem de dificile de simulat.

Aceste structuri implică fenomene cuantice sofisticate, inclusiv efectul de întrepătrundere cuantică, sau entanglement, unul dintre conceptele fundamentale ale fizicii cuantice. Pe măsură ce numărul particulelor analizate creşte, volumul calculelor necesare se măreşte exponenţial, transformând simularea într-o provocare majoră pentru calculatoarele tradiţionale.

Tocmai din acest motiv, simularea unor astfel de sisteme pe computere cuantice a fost considerată recent o demonstraţie importantă a avantajului pe care această tehnologie îl poate avea faţă de hardware-ul clasic.

O echipă de cercetători de la Flatiron Institute din Statele Unite a reuşit să obţină rezultate similare utilizând exclusiv sisteme clasice. Cheia succesului nu a fost utilizarea unor supercomputere uriaşe, ci dezvoltarea unor metode matematice care reduc dramatic volumul de informaţii ce trebuie procesat.

Cercetătorii au creat algoritmi capabili să elimine datele redundante şi să păstreze doar relaţiile esenţiale dintre particulele analizate. Procesul poate fi comparat cu comprimarea unui fişier într-o arhivă ZIP, unde informaţiile importante sunt conservate, iar cele neesenţiale sunt eliminate temporar pentru a economisi resurse.

Pentru realizarea simulărilor, echipa a utilizat aşa-numitele reţele tensoriale, instrumente matematice special concepute pentru descrierea eficientă a sistemelor cuantice complexe. Acestea au fost combinate cu un algoritm consacrat, numit „belief propagation”, folosit pentru identificarea rapidă a informaţiilor relevante din volume mari de date.

Una dintre concluziile remarcabile ale studiului este că o parte dintre simulările iniţiale au putut fi efectuate chiar şi pe un laptop obişnuit. Pentru scenariile mai complexe a fost necesar un calculator performant, echipat cu procesor şi placă video de nivel înalt, însă în continuare vorbim despre hardware clasic, nu despre un computer cuantic.

Mai mult, în anumite situaţii, rezultatele obţinute au fost comparabile sau chiar mai precise decât cele generate anterior de sisteme cuantice pentru tipuri similare de structuri.

Descoperirea nu reduce importanţa cercetărilor din domeniul calculului cuantic şi nici nu sugerează că avantajele acestor sisteme au dispărut. În schimb, studiul arată că oamenii de ştiinţă încă încearcă să identifice exact domeniile în care computerele cuantice vor oferi beneficii imposibil de egalat prin metode clasice.

În acelaşi timp, cercetarea demonstrează că potenţialul calculatoarelor convenţionale este departe de a fi epuizat. De multe ori, progresele spectaculoase nu apar datorită unor componente hardware mai puternice, ci prin dezvoltarea unor algoritmi şi modele matematice mai inteligente.

Pentru comunitatea ştiinţifică, una dintre cele mai importante concluzii este că cele două direcţii de cercetare nu trebuie privite ca rivale. Simulările realizate pe sisteme clasice pot verifica şi valida rezultatele generate de computerele cuantice, contribuind la identificarea problemelor pentru care aceste tehnologii vor deveni cu adevărat indispensabile în viitor.