Η κβαντική διεμπλοκή και το μέλλον των υπολογιστών

Το «απόκοσμο» φαινόμενο που κάποτε μπέρδεψε ακόμα και τον Αϊνστάιν, φαίνεται ότι ανοίγει το δρόμο για ένα μέλλον όπου οι «παράξενοι» νόμοι της κβαντομηχανικής θα δημιουργήσουν έναν καλύτερο και πιο ασφαλή κόσμο.

Στο μέλλον οι υπολογιστές θα είναι τόσο ισχυροί ώστε θα μπορούν να επιλύσουν προβλήματα που σήμερα θεωρούνται άλυτα, ενώ οι ψηφιακές επικοινωνίες και συναλλαγές θα είναι απολύτως ασφαλείς.

Ίσως ένα μέλλον σαν κι αυτό δεν φαντάζει και τόσο «συγκλονιστικό». Άλλωστε, τα λόγια, τα γραπτά και η φαντασία μας δεν επαρκούν όχι για να κατανοήσουμε, αλλά ούτε καν να αντιληφθούμε τις δυνατότητες των αναδυόμενων κβαντικών τεχνολογιών.

Ωστόσο, τα κβαντικά μηχανήματα που αναπτύσσονται σήμερα από μεγάλες εταιρίες πληροφορικής, υπόσχονται να μας εξασφαλίσουν γνώση σε άνευ προηγουμένου κλίμακα: Καταπώς εκτιμούν οι ειδικοί, θα αψηφούν την τρέχουσα λογική, υλοποιώντας εφαρμογές που δεν έχουμε μέχρι σήμερα φανταστεί.

Στην καρδιά αυτής της τεχνολογίας «επιστημονικής φαντασίας» βρίσκεται ένα από τα πιο μυστηριώδη φαινόμενα στη φυσική: Η κβαντική διεμπλοκή.

Τι είναι η κβαντική διεμπλοκή

Η κβαντική διεμπλοκή είναι ένα από τα πιο περίεργα φαινόμενα στην κβαντομηχανική, κατά το οποίο δύο ή περισσότερα σωματίδια συνδέονται μεταξύ τους με τέτοιο τρόπο ώστε να μοιράζονται την ίδια κατάσταση ανεξάρτητα από την απόσταση που τα χωρίζει. Αυτή η διασύνδεση προκύπτει από την αρχή της υπέρθεσης, σύμφωνα με την οποία ένα κβαντικό σωματίδιο μπορεί να υπάρχει ταυτόχρονα σε πολλαπλές καταστάσεις, μέχρι να καταμετρηθεί.

Τι σημαίνει αυτό; Φανταστείτε, παραδείγματος χάρη, ότι απλώνετε το χέρι σας μέσα σε ένα συρτάρι προκειμένου να ψάξετε για ένα ζευγάρι γάντια. Πιάνετε το ένα, αλλά πριν το κοιτάξετε, δεν γνωρίζετε αν είναι το αριστερό ή δεξί. Εντούτοις, τη στιγμή που αντιλαμβάνεστε ότι διαλέξατε το αριστερό, ταυτόχρονα γνωρίζετε ότι το άλλο γάντι είναι δεξί, ανεξάρτητα από το αν βρίσκεται μέσα στο συρτάρι ή ξεχασμένο σε κάποια τσέπη. Κάτι παρόμοιο ισχύει και με τα πεπλεγμένα σωματίδια: Μέχρι να καταμετρηθούν, δεν έχουν μια καθορισμένη κατάσταση – η καταγραφή του ενός υποδεικνύει την κατάσταση του άλλου.

Όταν «τα έχασε» ο Αϊνστάιν

Η ιδέα και μόνο ότι η γνώση της κατάστασης ενός σωματιδίου θα επηρεάσει ένα άλλο σωματίδιο που βρίσκεται σε τεράστια απόσταση από αυτό, χωρίς φυσική αλληλεπίδραση και μεταφορά πληροφοριών, φαινόταν εντελώς παράλογη ακόμα και σε μια ιδιοφυΐα όπως ο Άλμπερτ Αϊνστάιν.

Γι’ αυτό και σχεδόν έναν αιώνα πριν, περιέγραψε την κβαντική διεμπλοκή ως μία «απόκοσμη δράση από απόσταση». Εντούτοις, σήμερα, το όχι και τόσο μυστηριώδες πια φαινόμενο, αξιοποιείται στην πράξη για την ανάπτυξη μιας νέας γενιάς, ισχυρών υπολογιστικών τεχνολογιών.

Ειδικότερα, σε αντίθεση με τους κλασικούς υπολογιστές, η μνήμη των οποίων αποτελείται από bit που δύνανται να αναπαραστήσουν την τιμή 1 ή 0, οι κβαντικοί υπολογιστές χρησιμοποιούν qubit, τα οποία βρίσκονται σε υπέρθεση. Έτσι, την ίδια στιγμή μπορούν να αναπαραστήσουν την τιμή 1, 0 ή οποιαδήποτε υπέρθεση αυτών των δύο. Η διεμπλοκή παίζει καθοριστικό ρόλο στην κβαντική υπολογιστική συνδέοντας τα qubits μεταξύ τους και δημιουργώντας πολύπλοκα και διασυνδεδεμένα κβαντικά συστήματα.

Κβαντικοί υπολογιστές & κυβερνοάσφαλεια

Οι εκπληκτικές αυτές ιδιότητες επιτρέπουν στους κβαντικούς υπολογιστές να εξερευνούν έναν τεράστιο αριθμό πιθανοτήτων ταυτόχρονα, επιλύοντας προβλήματα που είναι «απρόσιτα» ακόμη και για τους ισχυρότερους κλασικούς υπερυπολογιστές που έχουμε σήμερα στη διάθεσή μας.

Οι τομείς που θα επωφεληθούν περισσότερο σχετίζονται με την επιτάχυνση των αλγορίθμων μηχανικής μάθησης σε ό,τι αφορά, παραδείγματος χάρη, την ανακάλυψη νέων φαρμάκων και θεραπειών ή την ανάπτυξη καινοτόμων υλικών με στοχευμένες ιδιότητες. Οι επιπτώσεις της επαναστατικής αυτής τεχνολογίας αναμένεται να είναι καταιγιστικές για πληθώρα κλάδων και επιστημονικών πεδίων.

Η αξιοποίηση του φαινομένου της κβαντικής διεμπλοκής, εκτιμάται επίσης ότι θα οδηγήσει σε προηγμένες δυνατότητες κρυπτογράφησης, σε επίπεδα που θα είναι σχεδόν απαραβίαστη. Καθώς η ψηφιακή παρουσία μας καταλαμβάνει μεγάλο μέρος της καθημερινότητάς μας, η προστασία ευαίσθητων προσωπικών και κρατικών δεδομένων είναι ζωτικής σημασίας. Η διασφάλιση των διαδικτυακών συναλλαγών και του ηλεκτρονικού εμπορίου, καθώς και η άμυνα έναντι επιθέσεων χάκερ και παραβιάσεων δεδομένων, αναμένεται να θωρακιστεί περισσότερο από ποτέ, μέσω της ανάπτυξης της κβαντικής κρυπτογραφίας.

Οι εξελίξεις που περιγράψαμε αποτελούν μόνο την εισαγωγή στο «μυστήριο» της κβαντικής διεμπλοκής. Εντούτοις, παρά τις προκλήσεις που συνεπάγεται για τους επιστήμονες η πλήρης διερεύνησή του, το «απόκοσμο» φαινόμενο που κάποτε μπέρδεψε ακόμα και τον Αϊνστάιν, φαίνεται ότι ανοίγει τον δρόμο για ένα μέλλον όπου οι παράξενοι νόμοι της κβαντομηχανικής θα δημιουργήσουν έναν καλύτερο και πιο ασφαλή κόσμο.