Από το hype στη σκληρή πραγματικότητα των εφαρμογών: Ο Ευάγγελος Θωμάς Καραμάτσκος μάς εξηγεί πού βρισκόμαστε και τι έρχεται στην κβαντική υπολογιστική
Για χρόνια οι κβαντικοί υπολογιστές αντιμετωπίζονταν ως μακρινή επιστημονική υπόσχεση. Σήμερα, η συζήτηση αλλάζει καθώς οι ενδιάμεσοι κβαντικοί υπολογιστές δίνουν τη θέση τους σε πιο ώριμα υβριδικά μοντέλα όπου κλασικά συστήματα υψηλών επιδόσεων και κβαντικές μηχανές συνυπάρχουν.
Ένας ειδικός του κλάδου, ο Ευάγγελος Θωμάς Καραμάτσκος, Manager Συμβουλευτικών Υπηρεσιών στην EY Ελλάδος και Global Innovation Quantum R&D Leader της EY, μας εξηγεί με σαφήνεια το πού είμαστε και το πού πάμε. Τον συναντήσαμε στο 5ο Emerging Tech Forum, που διοργάνωσε η HETiA, και ανοίξαμε όλη τη βεντάλια ενός θέματος που μοιάζει μεν δύσκολο, αλλά είναι εξαιρετικά επίκαιρο. Η κβαντική υπολογιστική περνά σταδιακά στη φάση των πραγματικών εφαρμογών και ο Ευάγγελος Θωμάς Καραμάτσκος μιλά για τα ρεαλιστικά μονοπάτια, τις πρώτες εφαρμογές που ωριμάζουν και το στοίχημα της Ευρώπης στην post-quantum εποχή.
Ποιο θεωρείτε το πιο ρεαλιστικό μονοπάτι για τη μετάβαση από τους πρώτης γενιάς κβαντικούς υπολογιστές σε πραγματικά fault-tolerant κβαντικούς υπολογιστές;
Η μετάβαση από την πρώτη γενιά κβαντικών υπολογιστών σε τεχνολογικά ώριμους κβαντικούς υπολογιστές αποτελεί μια δύσκολη πρόκληση, που απαιτεί να υπερβούμε πολλά εμπόδια, τόσο σε επίπεδο τεχνολογικής και μηχανικής υλοποίησης όσο και σε επίπεδο αλγορίθμων. Ιδιαίτερη έμφαση πρέπει να δοθεί στην ανάπτυξη αλγορίθμων για την αναγνώριση και διόρθωση σφαλμάτων, καθώς και σε αλγορίθμους που ξεπερνούν τους καλύτερους κλασικούς αλγόριθμους, είτε σε ταχύτητα είτε στη χρήση ενέργειας και υποδομών, είτε στην ποιότητα των λύσεων. Πιστεύω ότι το μονοπάτι που διαφαίνεται για την εξέλιξη των κβαντικών υπολογιστών είναι η αρμονική και υβριδική ενσωμάτωσή τους στις μεγάλες δομές κλασικών υπερ-υπολογιστών. Από τη μία, οι κβαντικοί υπολογιστές χρειάζονται, απαραίτητα, κλασικούς υπολογιστές, τόσο για τη φόρτωση και μετέπειτα αποθήκευση δεδομένων για μελλοντική χρήση, όσο και για την αναγνώριση και διόρθωση σφαλμάτων κατά τη διάρκεια των υπολογισμών. Από την άλλη, οι κβαντικοί υπολογιστές θα επεκτείνουν τις σημερινές υπολογιστικές δυνατότητες για πολύ συγκεκριμένες εφαρμογές. Επομένως, το πιο πιθανό σενάριο φαίνεται να είναι η υβριδική συνύπαρξη κλασικών και κβαντικών υπολογιστών, όπου η υπολογιστική διαδικασία θα διανέμεται ανάλογα με το ποια υποδομή είναι πιο κατάλληλη για το κάθε επιμέρους πρόβλημα.
Καθώς η τεχνολογία προχωρά και ωριμάζει θα «ξεκλειδώνονται» διαφορετικές εφαρμογές που έχουν αντίστοιχες απαιτήσεις υπολογιστικής ισχύος
Ποιες εφαρμογές κβαντικών υπολογιστών βλέπετε να ωριμάζουν πρώτες σε βιομηχανικό επίπεδο και ποια εμπόδια πρέπει να ξεπεραστούν για να φτάσουν στην αγορά;
Οι κβαντικοί υπολογιστές υπόσχονται να λύσουν, μελλοντικά, πολλά από τα πιο απαιτητικά υπολογιστικά προβλήματα, όχι όμως όλα. Οι εφαρμογές τους θα είναι συγκεκριμένες και, πολλά από τα προβλήματα στα οποία αναμένεται να υπερισχύσουν έναντι των κλασικών ή τα προβλήματα τα οποία θα επιλυθούν για πρώτη φορά, θα έχουν ιδιαίτερα μεγάλο επιχειρηματικό αντίκτυπο. Είναι σημαντικό να τονιστεί ότι, καθώς η τεχνολογία προχωρά και ωριμάζει θα «ξεκλειδώνονται» διαφορετικές εφαρμογές που έχουν αντίστοιχες απαιτήσεις υπολογιστικής ισχύος. Έτσι, η κοινώς διαδεδομένη άποψη είναι ότι οι πρώτες εφαρμογές θα εντοπιστούν στους τομείς της φυσικής, της χημείας και της επιστήμης υλικών, όπου θα είναι πια εφικτοί πιο ακριβείς υπολογισμοί των ιδιοτήτων και αλληλεπιδράσεων ορισμένων μορίων και υλικών. Αυτό θα συμβάλει, μεταξύ άλλων, στην ταχύτερη ανάπτυξη νέων φαρμάκων, καταλυτών, φιλικών προς το περιβάλλον ενεργειακών υλικών και μπαταριών για την αποθήκευση ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές.
Μια άλλη περιοχή μεγάλου ενδιαφέροντος είναι τα προβλήματα βελτιστοποίησης που κυριαρχούν στη βιομηχανία. Πιθανές εφαρμογές περιλαμβάνουν, μεταξύ άλλων, τη βελτιστοποίηση εφοδιαστικών αλυσίδων, τη βελτιστοποίηση δρομολόγησης οχημάτων και τη βελτιστοποίηση χρηματοοικονομικών χαρτοφυλακίων. Επίσης, αξίζει να σημειωθεί ότι η σχέση τεχνητής νοημοσύνης και κβαντικών υπολογιστών είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα, καθώς η AI χρησιμοποιείται εκτενώς για την ταχύτερη πρόοδο και βελτιστοποίηση των κβαντικών υπολογιστών – οι κβαντικοί υπολογιστές προσφέρουν μια διαφορετική προσέγγιση, η οποία περιλαμβάνει νέους αλγορίθμους τεχνητής νοημοσύνης με εφαρμογές, όπως η ανίχνευση απάτης σε ψηφιακές συναλλαγές. Η πρόσβαση σε κβαντικούς υπολογιστές γίνεται κυρίως μέσω του υπολογιστικού νέφους (του λεγόμενου cloud) και αναμένεται να συνεχιστεί έτσι και μελλοντικά. Ως εκ τούτου, το μεγαλύτερο εμπόδιο στη χρήση και ανάπτυξη κβαντικών λύσεων δεν θα είναι η πρόσβαση, αλλά η εύρεση καταρτισμένου ανθρώπινου κεφαλαίου ικανού να αναπτύξει τέτοιες λύσεις.
Δεδομένης της διεθνούς κινητικότητας στον χώρο της κβαντικής έρευνας και ανάπτυξης, ποιο θεωρείτε ότι είναι το ανταγωνιστικό πλεονέκτημα που μπορεί να αποκτήσει η Ελλάδα και ο ευρωπαϊκός χώρος;
Η Ευρώπη, και ειδικότερα η Ελλάδα, διαθέτουν υψηλά επίπεδα ακαδημαϊκής εκπαίδευσης και ταλέντου, που είναι κρίσιμα για την επιτυχία στον τομέα των κβαντικών τεχνολογιών. Αυτές οι τεχνολογίες απαιτούν εξειδικευμένες γνώσεις, αλλά για να υιοθετηθούν στον βιομηχανικό τομέα, πρέπει να συνδυαστούν και με γνώσεις επιχειρηματικής φύσης. Αν καταφέρουμε να αναπτύξουμε ένα ανθρώπινο κεφάλαιο που θα κατανοεί τις εφαρμογές των κβαντικών τεχνολογιών, θα τις εξελίσσει και θα επιταχύνει την υιοθέτησή τους, τότε θα μπορούμε να μιλάμε για μετρήσιμη, προστιθέμενη αξία στην οικονομία. Η Ευρώπη έχει αναγνωρίσει τη σημασία των κβαντικών τεχνολογιών, τόσο για τις ευκαιρίες όσο και για τους κινδύνους που συνεπάγονται. Το περασμένο καλοκαίρι, η Ευρωπαϊκή Επιτροπή δημοσίευσε την κβαντική στρατηγική της, καθορίζοντας τους βασικούς πυλώνες για τη διατήρηση ηγετικής θέσης στην παγκόσμια αγορά, με έμφαση στην εκπαίδευση και ανάπτυξη δεξιοτήτων στις κβαντικές τεχνολογίες.
Ευάγγελος Θωμάς Καραμάτσκος
Πώς μπορεί ένας οργανισμός να προετοιμαστεί σήμερα για τη λεγόμενη post-quantum εποχή;
Βρισκόμαστε στο μεταίχμιο, όπου από τη μία οι κβαντικές τεχνολογίες αντιμετωπίζονται ως αναδυόμενες και από την άλλη είμαστε κοντά στην κβαντική υπεροχή για ορισμένες εφαρμογές, καθώς και στη μετάβασή τους σε εμπορική χρήση. Είναι σημαντικό να διατηρούμε μια ρεαλιστική στάση, να αξιολογούμε τις ευκαιρίες και τους κινδύνους και να χρησιμοποιούμε αξιόπιστες πηγές πληροφόρησης, ώστε να μην υποπέσουμε στην παγίδα του hype. Για να υιοθετήσει ένας οργανισμός μια αναδυόμενη τεχνολογία, όπως οι κβαντικές, πρέπει να ορίσει τα πεδία εφαρμογής και να αναλύσει τα προβλήματα προς επίλυση. Επιπλέον, η ανάπτυξη μιας εταιρικής στρατηγικής και ενός ρεαλιστικού πλάνου υλοποίησης, με μετρήσιμα αποτελέσματα και σαφείς στόχους, είναι κρίσιμη για τη σωστή εκτίμηση της υπεραξίας, την παρακολούθηση της πορείας της υιοθέτησης και την έγκαιρη αντιμετώπιση των πιθανών κινδύνων.
Τι ισχύει όσον αφορά την κυβερνοασφάλεια;
Ναι, πρέπει να τονίσουμε τους σοβαρούς κινδύνους κυβερνοασφάλειας των ψηφιακών υποδομών μας. Σε αυτό το πλαίσιο, είναι επιτακτική ανάγκη, όλοι οι οργανισμοί, τόσο στον ιδιωτικό όσο και στον δημόσιο τομέα, να προετοιμαστούν και να μεταβούν σε κρυπτογραφικά ευέλικτα πλαίσια κυβερνοασφάλειας και αλγόριθμους κρυπτογραφίας Post-Quantum Cryptography. Έτσι, θα διασφαλιστεί η ομαλή και ασφαλής λειτουργία των επιχειρήσεων και του Δημοσίου, ενώ οι ψηφιακές υποδομές θα αναβαθμιστούν, για την ταχύτερη ανταπόκριση και απόκρουση νέων και αναδυόμενων απειλών, οι οποίες εμφανίζονται με ολοένα και ταχύτερους ρυθμούς.
Επικρατεί μια αισιοδοξία ότι στο εγγύς μέλλον θα πραγματοποιηθεί η μεγάλη υπέρβαση και θα αποδειχθεί η κβαντική υπεροχή έναντι των κλασικών λύσεων σε κάποιο χρήσιμο πρόβλημα
Πόσο κοντά είμαστε σε κβαντικούς αλγόριθμους που πραγματικά θα υπερτερούν πρακτικά των κλασικών;
Η πρόοδος στην ανάπτυξη κβαντικών αλγορίθμων για την επίλυση υπολογιστικών προβλημάτων έχει σημειώσει ραγδαία εξέλιξη τα τελευταία χρόνια. Πλέον υπάρχουν πολλές αναφορές για κβαντικές λύσεις που είτε πλησιάζουν τις καλύτερες γνωστές κλασικές λύσεις, είτε τις υπερβαίνουν. Η κοινότητα δεν έχει ακόμα καταλήξει σε μια αδιαμφισβήτητη αναγνώριση ότι κάποια λύση πληροί τα κριτήρια της κβαντικής υπεροχής, ωστόσο φαίνεται ότι δεν απέχουμε πολύ, κυρίως σε προβλήματα βασικής έρευνας, όπως στη φυσική, στη βελτιστοποίηση προβλημάτων της εφοδιαστικής αλυσίδας ή στον χρηματοοικονομικό τομέα. Γενικότερα, επικρατεί μια αισιοδοξία ότι στο εγγύς μέλλον θα πραγματοποιηθεί η μεγάλη υπέρβαση και θα αποδειχθεί η κβαντική υπεροχή έναντι των κλασικών λύσεων σε κάποιο χρήσιμο πρόβλημα, προσφέροντας απαντήσεις που δεν ήταν προσβάσιμες στο παρελθόν. Αυτό θα επιβεβαιώσει ότι οι κβαντικές τεχνολογίες πραγματικά παρέχουν ανταγωνιστικά πλεονεκτήματα και επιτρέπουν την πρόσβαση σε λύσεις προβλημάτων που θεωρούνταν μη προσβάσιμα.
Ποιες είναι οι μεγαλύτερες παρανοήσεις που συναντάτε όταν συζητάτε για κβαντικούς υπολογιστές;
Υπάρχουν αρκετές παρανοήσεις σχετικά με τους κβαντικούς υπολογιστές, με τη μορφή, κυρίως, της υπεραισιοδοξίας για τις δυνατότητές τους ή της απαισιοδοξίας σχετικά με την τεχνολογική επανάσταση που υπόσχονται. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι οι κβαντικοί υπολογιστές δεν είναι απλώς ταχύτεροι κλασικοί υπολογιστές· λειτουργούν με διαφορετικό τρόπο, βασισμένοι στους νόμους της κβαντικής μηχανικής και δεν θα αντικαταστήσουν τους κλασικούς υπολογιστές. Αντίθετα, επεκτείνουν το φάσμα των υπολογιστικών προβλημάτων που μπορούν να λυθούν αποτελεσματικά και θα συνεργαστούν με τους κλασικούς υπολογιστές. Επιπλέον, παρατηρείται, κάποιες φορές, δισταγμός στις επενδύσεις και την υιοθέτηση αυτών των τεχνολογιών από οργανισμούς, κυρίως λόγω της αβεβαιότητας σχετικά με το χρονοδιάγραμμα μέχρι την εμπορική χρήση της τεχνολογίας και της ασάφειας για τα οφέλη και την απόδοση της επένδυσης.
12°
