Ο κβαντικός υπολογιστής της IBM έκανε σε 19 δευτερόλεπτα αυτό που υπερυπολογιστής θα ήθελε 110 χρόνια – Πώς το κατάφερε;

medlabnews.gr

Μόλις 19 δευτερόλεπτα χρειάστηκε ένας κβαντικός υπολογιστής της IBM για να ολοκληρώσει έναν υπολογισμό που, σύμφωνα με τους ερευνητές, θα μπορούσε να απαιτήσει περισσότερο από έναν αιώνα σε έναν από τους ισχυρότερους συμβατικούς υπερυπολογιστές του κόσμου.

Το αποτέλεσμα ακούγεται σχεδόν εξωπραγματικό. Και πράγματι είναι εντυπωσιακό, αλλά χρειάζεται μία σημαντική διευκρίνιση: ο κβαντικός υπολογιστής δεν έλυσε μέσα σε 19 δευτερόλεπτα ένα πρόβλημα που ένας συνηθισμένος υπολογιστής θα επεξεργαζόταν επί 110 χρόνια. Εκτέλεσε ένα πολύ συγκεκριμένο είδος υπολογισμού, σχεδιασμένο ακριβώς για να δοκιμάζει τα όρια μεταξύ κβαντικών και κλασικών υπολογιστών.

Η εργασία αναρτήθηκε στις 23 Σεπτεμβρίου 2026 στο arXiv από ερευνητές της BlueQubit και χρησιμοποιεί τον IBM Nighthawk r2, έναν κβαντικό επεξεργαστή 120 qubits που είναι διαθέσιμος μέσω της υποδομής cloud της IBM.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν 61 από τα 120 qubits του επεξεργαστή και εκτέλεσαν ένα κύκλωμα 36 διαδοχικών κύκλων, που περιλάμβανε 918 πύλες δύο qubits. Ο Nighthawk παρήγαγε ένα εκατομμύριο αποτελέσματα – samples – σε μόλις 19 δευτερόλεπτα.

Στη συνέχεια υπολογίστηκε πόσο δύσκολο θα ήταν να προσομοιωθεί η ίδια κβαντική διαδικασία από έναν συμβατικό υπερυπολογιστή. Η εκτίμηση έδωσε περίπου 1,2 × 10²⁷ υπολογιστικές πράξεις. Με βάση το μοντέλο των ερευνητών, ακόμη και ο Frontier, ένας από τους ισχυρότερους υπερυπολογιστές που έχουν κατασκευαστεί, θα χρειαζόταν περισσότερο από έναν αιώνα για αντίστοιχη προσομοίωση.

Η σύγκριση αυτή δεν αποτελεί άμεση μέτρηση 110 ετών λειτουργίας του Frontier, αλλά μαθηματική εκτίμηση του υπολογιστικού κόστους. Γι' αυτό και το αποτέλεσμα πρέπει να διαβάζεται ως ένδειξη κβαντικού υπολογιστικού πλεονεκτήματος για τη συγκεκριμένη εργασία και όχι ως απόδειξη ότι ένας κβαντικός υπολογιστής είναι γενικά ταχύτερος από έναν συμβατικό.

Τι είναι όμως ένας κβαντικός υπολογιστής και γιατί μπορεί να εμφανίζει τόσο ακραίες διαφορές ταχύτητας;

Οι σημερινοί υπολογιστές – από ένα κινητό τηλέφωνο μέχρι έναν υπερυπολογιστή – βασίζονται στα bits. Κάθε bit μπορεί να βρίσκεται σε μία από δύο καταστάσεις: 0 ή 1.

Ο κβαντικός υπολογιστής χρησιμοποιεί αντίθετα quantum bits ή qubits. Ένα qubit μπορεί, λόγω της κβαντικής υπέρθεσης, να περιγράφεται ως συνδυασμός των καταστάσεων 0 και 1 μέχρι να πραγματοποιηθεί η μέτρηση.

Αυτό όμως δεν σημαίνει, όπως συχνά γράφεται απλουστευτικά, ότι ο κβαντικός υπολογιστής «δοκιμάζει όλες τις λύσεις ταυτόχρονα». Η πραγματική λειτουργία είναι πιο περίπλοκη.

Ο κβαντικός αλγόριθμος δημιουργεί και μεταβάλλει ένα τεράστιο σύνολο πιθανών κβαντικών καταστάσεων. Μέσω της υπέρθεσης, της κβαντικής διεμπλοκής (entanglement) και της κβαντικής συμβολής (interference), οι πιθανότητες ορισμένων αποτελεσμάτων μπορούν να ενισχυθούν και άλλων να μειωθούν.

Εδώ βρίσκεται ένα από τα μυστικά της ισχύος τους.

Με ένα qubit έχουμε δύο βασικές καταστάσεις. Με δύο qubits η συνολική κβαντική κατάσταση περιγράφεται από τέσσερα πλάτη πιθανότητας. Με τρία qubits από οκτώ. Γενικά, για n qubits απαιτούνται 2ⁿ πλάτη για την πλήρη περιγραφή της κατάστασης.

Στην περίπτωση των 61 qubits του πειράματος:

2⁶¹ ≈ 2,3 × 10¹⁸.

Δηλαδή η πλήρης κβαντική κατάσταση αντιστοιχεί μαθηματικά σε περίπου 2,3 δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια πλάτη πιθανότητας.

Εάν κάποιος προσπαθούσε να αποθηκεύσει με απλό τρόπο όλα αυτά τα πλάτη σε συμβατική μνήμη, χρησιμοποιώντας για παράδειγμα 16 bytes ανά μιγαδικό αριθμό, θα απαιτούνταν περίπου:

2,3 × 10¹⁸ × 16 bytes ≈ 36,9 exabytes μνήμης.

Πρόκειται για τεράστιο όγκο δεδομένων. Οι σύγχρονες τεχνικές προσομοίωσης, όπως τα tensor networks, αποφεύγουν σε πολλές περιπτώσεις την αποθήκευση ολόκληρου αυτού του χώρου, αλλά όσο αυξάνεται η πολυπλοκότητα και η διεμπλοκή του κβαντικού κυκλώματος, το υπολογιστικό κόστος μπορεί να εκτοξευθεί.

Ο ίδιος ο κβαντικός επεξεργαστής, αντίθετα, δεν χρειάζεται να δημιουργήσει σε συμβατική μνήμη έναν πίνακα με 2⁶¹ αριθμούς. Το φυσικό κβαντικό σύστημα των qubits εξελίσσεται σύμφωνα με τους νόμους της κβαντομηχανικής.

Αυτή ακριβώς είναι η ιδέα που είχε οδηγήσει ήδη από τη δεκαετία του 1980 τον φυσικό Richard Feynman στην πρόταση ότι τα κβαντικά συστήματα θα μπορούσαν να προσομοιώνονται αποτελεσματικότερα από άλλες κβαντικές μηχανές παρά από κλασικούς υπολογιστές.

Τι ακριβώς έκανε λοιπόν ο Nighthawk;

Το πείραμα αφορούσε το λεγόμενο Random Circuit Sampling – RCS. Ο υπολογιστής εκτελεί ένα περίπλοκο, ουσιαστικά τυχαίο κβαντικό κύκλωμα και στη συνέχεια πραγματοποιούνται πολλές μετρήσεις του αποτελέσματος.

Το ζητούμενο δεν είναι να υπολογιστεί κάτι καθημερινά χρήσιμο, όπως μια πρόγνωση καιρού ή μια οικονομική ανάλυση. Το RCS αποτελεί benchmark που χρησιμοποιείται επειδή η κατανομή των αποτελεσμάτων ενός αρκετά μεγάλου και βαθιού κβαντικού κυκλώματος γίνεται εξαιρετικά δύσκολο να αναπαραχθεί από έναν κλασικό υπολογιστή.

Στο συγκεκριμένο πείραμα χρησιμοποιήθηκαν 61 qubits, 36 κύκλοι και 918 πύλες δύο qubits. Οι ερευνητές υπολόγισαν fidelity περίπου 2,3 × 10^-3 στο συγκεκριμένο βάθος και κατέληξαν ότι, κάτω από τις παραδοχές του μοντέλου τους, η παραγωγή ενός εκατομμυρίου αντίστοιχων samples με κλασικές μεθόδους θα απαιτούσε πάνω από έναν αιώνα στο Frontier.

Ένα ιδιαίτερα ενδιαφέρον στοιχείο είναι ότι δεν χρησιμοποιήθηκε κάποιος κβαντικός υπολογιστής κλεισμένος σε ένα αποκλειστικό ερευνητικό εργαστήριο. Ο Nighthawk r2 αποτελεί σύστημα στο οποίο μπορεί να αποκτηθεί πρόσβαση μέσω της υποδομής της IBM. Οι συγγραφείς υποστηρίζουν μάλιστα ότι το πείραμα αποτελεί μία από τις πρώτες επιδείξεις quantum advantage σε «κανονικό» random-circuit sampling πάνω σε ευρέως προσβάσιμο εμπορικό κβαντικό επεξεργαστή.

Πόσοι κβαντικοί υπολογιστές υπάρχουν σήμερα στον κόσμο;

Εδώ δεν υπάρχει ένας επίσημος παγκόσμιος αριθμός. Δεν υφίσταται διεθνές μητρώο κβαντικών υπολογιστών και, επιπλέον, ο όρος περιλαμβάνει πολύ διαφορετικές τεχνολογίες: υπεραγώγιμα qubits, παγιδευμένα ιόντα, ουδέτερα άτομα, φωτονικά συστήματα, silicon spin qubits και quantum annealers.

Μόνο η IBM ανακοίνωσε τον Ιούνιο του 2026 ότι έχει αναπτύξει περισσότερα από 90 κβαντικά συστήματα διεθνώς, μέσω cloud υποδομών και εγκαταστάσεων σε ερευνητικά κέντρα και οργανισμούς. Η εταιρεία αναφέρει εγκαταστάσεις μεταξύ άλλων στις ΗΠΑ, στη Γερμανία, στον Καναδά, στην Ιαπωνία, στη Νότια Κορέα και στην Ισπανία.

Εκτός της IBM υπάρχουν συστήματα από Google, Quantinuum, IonQ, Rigetti, D-Wave, IQM, Pasqal, QuEra, Fujitsu, Atom Computing και αρκετά πανεπιστήμια και εθνικά ερευνητικά εργαστήρια.

Επομένως η επιστημονικά ασφαλής απάντηση είναι ότι σήμερα λειτουργούν σαφώς περισσότεροι από 100 πραγματικοί κβαντικοί υπολογιστές ή κβαντικοί επεξεργαστές παγκοσμίως, ενώ ο αριθμός γίνεται πολύ μεγαλύτερος εάν συμπεριληφθούν όλα τα πειραματικά πρωτότυπα. Ακριβής παγκόσμια απογραφή δεν υπάρχει.

Και ο αριθμός των qubits από μόνος του δεν δείχνει ποιος υπολογιστής είναι ισχυρότερος. Ένα σύστημα 1.000 qubits με μεγάλο ποσοστό σφαλμάτων μπορεί να είναι λιγότερο χρήσιμο από ένα πολύ μικρότερο αλλά πολύ ακριβέστερο σύστημα.

Για τον λόγο αυτό η IBM επισημαίνει ότι η πραγματική απόδοση πρέπει να αξιολογείται με συνδυασμό παραμέτρων όπως ο αριθμός των προγραμματιζόμενων qubits, ο αριθμός των αξιόπιστων quantum operations που μπορούν να πραγματοποιηθούν και ο αριθμός των circuits που μπορεί να εκτελέσει το σύστημα ανά δευτερόλεπτο.

Γιατί οι κβαντικοί υπολογιστές πρέπει να βρίσκονται σχεδόν στο απόλυτο μηδέν;

Οι Nighthawk της IBM βασίζονται σε υπεραγώγιμα qubits. Για να διατηρηθεί η κβαντική τους κατάσταση πρέπει να προστατεύονται όσο γίνεται περισσότερο από θερμικό θόρυβο και παρεμβολές του περιβάλλοντος.

Για τον σκοπό αυτό το chip τοποθετείται μέσα σε έναν τεράστιο dilution refrigerator. Σε αντίστοιχα συστήματα της IBM οι θερμοκρασίες κατεβαίνουν κάτω από περίπου 15 millikelvin, δηλαδή λίγα χιλιοστά του βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν.

Το εντυπωσιακό χρυσό «πολυέλαιο» που εμφανίζεται συνήθως στις φωτογραφίες κβαντικών υπολογιστών δεν είναι ο ίδιος ο επεξεργαστής. Είναι κυρίως το σύστημα ψύξης, καλωδίωσης και ηλεκτρονικών μέσα στο οποίο βρίσκεται το μικροσκοπικό κβαντικό chip.

Θα αντικαταστήσουν λοιπόν οι κβαντικοί υπολογιστές τα σημερινά PC;

Πιθανότατα όχι. Ένας κβαντικός υπολογιστής δεν είναι καλύτερος για όλες τις εργασίες. Δεν υπάρχει λόγος να χρησιμοποιηθεί για την επεξεργασία ενός κειμένου, την περιήγηση στο Internet ή τις περισσότερες καθημερινές εφαρμογές.

Η κατεύθυνση προς την οποία κινείται ήδη η βιομηχανία είναι η συνεργασία κλασικών και κβαντικών υπολογιστών. CPU και GPU θα πραγματοποιούν τις εργασίες στις οποίες είναι αποτελεσματικότερες και ο κβαντικός επεξεργαστής θα αναλαμβάνει συγκεκριμένα υποπροβλήματα στα οποία η κβαντική φυσική προσφέρει πλεονέκτημα.

Η IBM χρησιμοποιεί για αυτό το μοντέλο τον όρο quantum-centric supercomputing. Ήδη το 2026 η IBM και το ιαπωνικό RIKEN συνέδεσαν έναν IBM Quantum Heron με τον υπερυπολογιστή Fugaku σε κοινή υπολογιστική διαδικασία για υπολογισμούς κβαντικής χημείας.

Οι πιθανές μελλοντικές εφαρμογές είναι ιδιαίτερα σημαντικές: προσομοίωση μορίων και νέων φαρμάκων, σχεδιασμός υλικών και καταλυτών, κβαντική χημεία, προβλήματα optimization και συγκεκριμένες κατηγορίες μαθηματικών υπολογισμών.

Διαβάστε επίσης: Κβαντικοί υπολογιστές: Τι είναι και πώς θα αλλάξουν τη ζωή μας

Υπάρχει όμως ακόμη ένα μεγάλο εμπόδιο: τα λάθη των qubits. Τα σημερινά κβαντικά συστήματα είναι εξαιρετικά ευαίσθητα στον θόρυβο και χάνουν εύκολα την κβαντική τους πληροφορία.

Γι' αυτό ο μεγάλος στόχος του κλάδου δεν είναι απλώς να δημιουργήσει επεξεργαστές με όλο και περισσότερα qubits, αλλά να κατασκευάσει fault-tolerant quantum computers, στους οποίους η κβαντική διόρθωση σφαλμάτων θα επιτρέπει μεγάλους και αξιόπιστους υπολογισμούς.

Η IBM έχει θέσει ως στόχο για το 2029 το σύστημα Starling, το οποίο σχεδιάζεται να χρησιμοποιεί 200 λογικά qubits και να μπορεί να εκτελεί περίπου 100 εκατομμύρια κβαντικές πύλες. Πρόκειται ακόμη για μελλοντικό στόχο και όχι για υπολογιστή που λειτουργεί σήμερα.

Το αποτέλεσμα των 19 δευτερολέπτων, επομένως, δεν σημαίνει ότι μπήκαμε ξαφνικά σε μια εποχή όπου ένας κβαντικός φορητός υπολογιστής θα αντικαταστήσει το σημερινό PC. Δείχνει όμως κάτι ίσως σημαντικότερο: υπάρχουν πλέον συγκεκριμένα υπολογιστικά προβλήματα στα οποία η προσομοίωση ενός κβαντικού συστήματος αρχίζει να γίνεται πρακτικά απαγορευτική ακόμη και για τους ισχυρότερους κλασικούς υπολογιστές.

Και αυτό είναι το σημείο στο οποίο η κβαντική υπολογιστική παύει σταδιακά να είναι μόνο ένα εντυπωσιακό πείραμα φυσικής και αρχίζει να μετατρέπεται σε πραγματική υπολογιστική τεχνολογία.

Πρώτη δημοσίευση: 9 Οκτωβρίου 2026 – medlabnews.gr