Είναι τα κβαντικά qubits υπερεκτιμημένα; ​​Η συζήτηση για την ορθολογική φυσική

Οι κβαντικοί υπολογιστές αποτελούν ταυτόχρονα το πιο πολλά υποσχόμενο και το πιο περίπλοκο τμήμα της καινοτομίας στην πληροφορική. Από τη μία πλευρά, οι κβαντικοί υπολογιστές υπόσχονται να εκτελούν υπολογισμούς που διαφορετικά θα ήταν εντελώς αδύνατοι και κατά καιρούς φαίνεται να παραβιάζουν κάθε κανόνα και περιορισμό των κανονικών υπολογιστών.

Από την άλλη πλευρά, είναι εξαιρετικά δύσκολο να κατασκευαστούν και να κλιμακωθεί η υπολογιστική τους ισχύς σε χρήσιμα επίπεδα. Και υπάρχουν ακόμα πολλά που δεν καταλαβαίνουμε για την κβαντική φυσική, αφήνοντας την έννοια των κβαντικών υπολογιστών ευάλωτη σε απροσδόκητες εκπλήξεις. Για παράδειγμα, μια σωστή θεωρία της κβαντικής βαρύτητας παρέμεινε ασαφής για δεκαετίες, υποδεικνύοντας ενδεχομένως ένα βαθύ ελάττωμα στην κατανόησή μας για την κβαντομηχανική.

Αυτή η τελευταία ιδέα του θεμελιώδους περιορισμού από την ίδια την κβαντική φυσική έχει πρόσφατα αναπτυχθεί περαιτέρω από τον Τιμ Πάλμερ, ερευνητή στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, γνωστότερο για το έργο του στη θεωρία του χάους και το κλίμα.

Πιστεύει ότι οι θεμελιώδεις μαθηματικές ιδιότητες του κβαντικού χώρου ενδέχεται να περιορίζουν εγγενώς τις πραγματικές δυνατότητες των κβαντικών υπολογιστών, πολύ περισσότερο από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως.

Δημοσίευσε την έρευνά του στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό PNAS¹, υπό τον τίτλο "Ορθολογική κβαντομηχανική: Δοκιμή της κβαντικής θεωρίας με κβαντικούς υπολογιστές".

Κατανόηση της διαφημιστικής εκστρατείας: Πώς λειτουργούν οι κβαντικοί υπολογιστές;

Πριν συζητήσουμε την ιδέα του καθηγητή Πάλμερ, μπορεί να είναι χρήσιμο να κατανοήσουμε τι κάνει τους κβαντικούς υπολογιστές ξεχωριστούς.

Το βασικό είναι ότι αντί για «διακριτά» bits με τιμές 1 και 0 όπως ένας κανονικός υπολογιστής, τα qubits των κβαντικών υπολογιστών εμφανίζουν κβαντική υπέρθεση και διεμπλοκή.

Με απλούστερους όρους, αυτό σημαίνει ότι κάθε qubit μπορεί εγγενώς να αποθηκεύει πιο σύνθετες πληροφορίες ταυτόχρονα, καθιστώντας τους υπολογισμούς με πολύπλοκους μαθηματικούς πίνακες ευκολότερους.

Έτσι, για ένα σύνθετο σύνολο δεδομένων με πολλές πιθανές τιμές για κάθε σημείο δεδομένων, όπως οι τιμές σπιν ηλεκτρονίων ή ατόμων σε ένα τσιπ ή ένα ηλεκτρόδιο μπαταρίας, οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να χειριστούν την αυξανόμενη πολυπλοκότητα, με κάθε προστιθέμενο qubit να αυξάνει εκθετικά την χωρητικότητα.

Αντίθετα, ένας κανονικός υπολογιστής προσθέτει μόνο μία νέα χωρητικότητα κάθε φορά, ένα νέο bit κάθε φορά, επομένως ένας υπολογισμός που γίνεται εκθετικά πιο περίπλοκος κάθε φορά που προστίθεται ένα νέο σημείο δεδομένων καθίσταται γρήγορα μη διαχειρίσιμος, με την ταχέως πολλαπλασιαζόμενη πολυπλοκότητα να ξεπερνά τη χωρητικότητα ακόμη και του καλύτερου κανονικού υπερυπολογιστή.

Τουλάχιστον αυτή είναι η θεωρία, η οποία υποστηρίζεται από τις κυρίαρχες έννοιες για το πώς λειτουργεί η κλασική κβαντική φυσική. Αλλά ο καθηγητής Πάλμερ υποστηρίζει ότι αυτό δεν ισχύει.

Κβαντομηχανική έναντι Ορθολογικής Κβαντικής Φυσικής (RaQM)

Τι είναι ο Χώρος Χίλμπερτ; Το Πλαίσιο της Κβαντικής Ισχύος

Οι «κυρίαρχες» έννοιες της κβαντικής φυσικής ομαδοποιούνται γενικά υπό τον όρο «κβαντομηχανική» (ΚΜ) και περιγράφουν τα πολύπλοκα, συχνά αντιφατικά φαινόμενα που συμβαίνουν σε κβαντική κλίμακα.

Ένα βασικό στοιχείο που σχετίζεται με τους κβαντικούς υπολογιστές είναι η ιδέα του Χώρος ΧίλμπερτΑυτή η έννοια επεκτείνει τον οικείο δισδιάστατο ή τρισδιάστατο χώρο σε οποιονδήποτε αριθμό διαστάσεων και δημιουργεί το μαθηματικό πλαίσιο πάνω στο οποίο βασίζεται το μεγαλύτερο μέρος της κβαντικής φυσικής.

«Ο χώρος Hilbert είναι μια μαθηματική έννοια στη γραμμική γεωμετρία που ορίζει έναν άπειρο-διάστατο χώρο. Με άλλα λόγια, παίρνει γεωμετρικές έννοιες που περιορίζονται στην αντιμετώπιση δισδιάστατων και τρισδιάστατων χώρων και τις επεκτείνει έτσι ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν με έναν άπειρο αριθμό διαστάσεων.»

Επειδή αποτελεί ένα τόσο θεμελιώδες εργαλείο της κβαντικής φυσικής, σπάνια αμφισβητείται. Και σίγουρα είναι μια «αληθινή» ιδέα γενικά, καθώς κατέστησε δυνατές τις περισσότερες από τις προβλέψεις της κβαντικής φυσικής που έχουν επιβεβαιωθεί πειραματικά.

«Οι χώροι Hilbert είναι κρίσιμοι σε τομείς όπως η κβαντομηχανική, όπου παρέχουν το μαθηματικό πλαίσιο για την κατανόηση της συμπεριφοράς των σωματιδίων σε μικροσκοπικές κλίμακες. Αυτό περιλαμβάνει εφαρμογές στην επίλυση σύνθετων εξισώσεων όπως η εξίσωση του Schrödinger, η οποία περιγράφει πώς εξελίσσονται τα κβαντικά συστήματα με την πάροδο του χρόνου.»

Στην κλασική του ερμηνεία, ο αριθμός των διαστάσεων σε έναν χώρο Hilbert αυξάνεται εκθετικά με τον αριθμό των qubit που χρησιμοποιούνται από έναν κβαντικό υπολογιστή. Αυτή η ερμηνεία εξαρτάται εξ ολοκλήρου από τη συνεχή φύση του Χώρου Hilbert, την οποία ο Pr Palmer αμφισβητεί.

Ορθολογική Κβαντική Φυσική: Αμφισβητώντας το Συνεχές

Η θεωρία που δημοσίευσε ο φυσικός της Οξφόρδης αμφισβητεί ότι ο Χώρος Χίλμπερτ ενεργεί πραγματικά με αυτόν τον τρόπο και επισημαίνει την αοριστία της κβαντικής βαρύτητας ως ένδειξη ότι αυτό μπορεί να συμβαίνει. Αποκαλεί τη θεωρία του «ορθολογική κβαντομηχανική» (RaQM).

«Εισάγουμε μια θεωρία της κβαντικής φυσικής που βασίζεται στην ιδέα ότι η συνεχής φύση του χώρου καταστάσεων της κβαντομηχανικής προσεγγίζει κάτι εγγενώς διακριτό και υποστηρίζουμε ότι ο λόγος για μια τέτοια διακριτότητα είναι η βαρύτητα.»

Η ιδέα είναι ότι ο Χώρος Χίλμπερτ είναι πράγματι κοκκώδης, αλλά με εξαιρετικά μικρό χώρο, καθώς η βαρύτητα είναι τόσο ασθενής σε σύγκριση με άλλες θεμελιώδεις φυσικές δυνάμεις. Ανέπτυξε περαιτέρω αυτές τις ιδέες σε μια συνοδευτική επιστημονική εργασία.² με τίτλο "Λύνοντας τα Μυστήρια της Κβαντομηχανικής: Γιατί η Φύση Απεχθάνεται ένα Συνεχές".

Χωρίς να επεκταθούμε σε μαθηματικές λεπτομέρειες, θεωρείται ότι η κβαντική κατάσταση ορίζεται μόνο ως προς ορισμένα «λογικά» παρατηρήσιμα μεγέθη. Αυτό οδηγεί σε μια ελαφρώς διαφορετική κατανόηση των μιγαδικών αριθμών, όπως ο φανταστικός αριθμός √(-1) ή τα λεγόμενα κβατέρνια, η οποία επιτρέπει μια ρεαλιστική ερμηνεία της κβαντικής κατάστασης στο RaQM, σε σύγκριση με το QM.

Ή, όπως το θέτει ο καθηγητής Πάλμερ, η θεωρία του εξαλείφει ορισμένα από τα διάσημα παράδοξα της κβαντικής φυσικής, όπως τη γάτα του Σρέντιγκερ.

«Στο RaQM, οι γάτες δεν είναι πλέον ταυτόχρονα ζωντανές και νεκρές.»

Το ανώτατο όριο των 1,000 Qubit: Πρακτικές επιπτώσεις για το μέλλον

Ένα ουσιαστικό μέρος της υπόθεσης των εξαιρετικά ισχυρών κβαντικών υπολογιστών είναι ότι η προσθήκη περισσότερων qubit προσθέτει περισσότερες «διαστάσεις» για την επίλυση ενός μαθηματικού προβλήματος. Αυτή η υπόθεση βασίζεται στην ιδέα μιας άπειρης «παροχής νέας αποθήκευσης δεδομένων» (διαστάσεις) από το Hilbert Space καθώς περισσότερα qubits προστίθενται στο σύστημα.

Η ιδέα του καθηγητή Πάλμερ θα είχε επομένως σοβαρές επιπτώσεις για τους κβαντικούς υπολογιστές.

Αν αυτό ισχύει, το περιεχόμενο πληροφοριών στην κβαντική κατάσταση αυξάνεται γραμμικά με τον αριθμό των qubits και όχι εκθετικά όπως πιστεύαμε προηγουμένως, ουσιαστικά καταρρίπτοντας τη μεγαλύτερη αρχή των κβαντικών υπολογιστών.

«Πάνω από έναν κρίσιμο αριθμό πεπλεγμένων qubits, απλά δεν υπάρχουν αρκετές πληροφορίες στην κβαντική κατάσταση για να κατανεμηθεί έστω και ένα bit πληροφορίας σε κάθε διάσταση του χώρου Hilbert. Όταν συμβεί αυτό, οι κβαντικοί αλγόριθμοι που χρησιμοποιούν ολόκληρο τον χώρο Hilbert θα σταματήσουν να έχουν κβαντικό πλεονέκτημα έναντι των κλασικών αλγορίθμων».

Η εργασία εκτιμά ότι αυτό το όριο θα μπορούσε να επιτευχθεί όταν οι κβαντικοί υπολογιστές ξεπεράσουν περίπου μερικές εκατοντάδες έως και 1,000 qubits με διόρθωση σφαλμάτων.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι αυτό είναι πολύ κάτω από το αναμενόμενο όριο που απαιτείται για την παραβίαση σημαντικών επιπέδων κρυπτογράφησης, με, για παράδειγμα, 4,099 qubits να απαιτούνται για να παραβιαστεί ένα κλειδί RSA 2048-bit χρησιμοποιώντας Αλγόριθμος Shor, ο κβαντικός αλγόριθμος είναι ο πιο πιθανός να είναι χρήσιμος για πρακτικούς σκοπούς.

Αν ο καθηγητής Πάλμερ έχει δίκιο, αυτό θα μπορούσε να σημαίνει ότι η κρυπτογράφηση θα παραμείνει για πάντα ασφαλής από τους κβαντικούς υπολογιστές όπως τους κατανοούμε σήμερα.

Καθώς πολλά πρωτότυπα κβαντικών υπολογιστών πλησιάζουν αυτό το όριο, μόνα τους ή μέσω δικτύωσης, πιθανότατα θα μάθουμε σύντομα αν αυτή η ιδέα είναι αληθινή.

«Το QM έχει ανταποκριθεί σε όλες τις πειραματικές προκλήσεις που του έχουν τεθεί και έτσι, στην εργασία μου, προτείνω ένα πείραμα που θα μπορούσε να πραγματοποιηθεί σε λίγα χρόνια - αν πιστέψουμε τους οδικούς χάρτες της κβαντικής τεχνολογίας - για τη δοκιμή του RaQM έναντι του QM.»

Η ιδέα θα μπορούσε κάλλιστα να έχει κάποιες σημαντικές επιπτώσεις στην κβαντική φυσική, εάν αποδειχθεί αληθινή, πολύ πέρα ​​από τον περιορισμό των δυνατοτήτων των κβαντικών υπολογιστών. Κάτι που από μόνο του θα μπορούσε να καταστήσει τους κβαντικούς υπολογιστές πολύ σημαντικούς, ακόμη και αν οι πρακτικές εφαρμογές τους είναι πιο περιορισμένες από ό,τι ελπίζαμε προηγουμένως.

«Εάν οι κβαντικοί υπολογιστές παρέχουν τα πειράματα όχι μόνο για να βρούμε μια θεωρία που θα διαδεχθεί την κβαντομηχανική, αλλά, το πιο σημαντικό, για να βρούμε τη θεωρία που συνθέτει την κβαντική και τη βαρυτική φυσική, αυτό σίγουρα θα ήταν ένα εξαιρετικά καλό αποτέλεσμα για όλη τη δουλειά που έχει γίνει στην κβαντική υπολογιστική όλα αυτά τα χρόνια».

Συμπεράσματα για τις στρατηγικές επενδύσεις: Διαχείριση του κβαντικού κινδύνου

Αυτή η νέα έννοια απέχει πολύ από το να είναι αποδεδειγμένη και στην πραγματικότητα αποτελεί μια ριζική απόκλιση από τη συναίνεση των φυσικών σχετικά με την κβαντομηχανική. Επομένως, προς το παρόν, πρόκειται απλώς για μια πολύ ενδιαφέρουσα, αλλά αναπόδεικτη θεωρία που υπάρχει μόνο στα θεωρητικά μαθηματικά.

Ωστόσο, θα πρέπει να δοθεί προσοχή σε αυτό από τους επενδυτές σε μετοχές κβαντικής υπολογιστικής, καθώς μας υπενθυμίζει ότι η κβαντική φυσική δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητή και ενέχει δυνατότητες τόσο για εκπληκτικές νέες δυνατότητες όσο και για όρια στις πρακτικές εφαρμογές της.

Ένα άλλο στοιχείο είναι ότι αν η κρυπτογράφηση είναι μόνιμα ασφαλής από τους κβαντικούς υπολογιστές, το ίδιο ισχύει και για το Bitcoin, το οποίο πρόσφατα υπέφερε από την αφήγηση του σύντομα «σπασμένο» από την πρόοδο στην κβαντική υπολογιστική, ένα θέμα που καλύψαμε επίσης στο «Ο Μετα-Κβαντικός Επενδυτικός Έλεγχος: Οι 10 Κορυφαίες Μετοχές για το 2026".

Επομένως, θα μπορούσε να έχει νόημα να εξισορροπηθούν και οι δύο κίνδυνοι μεταξύ τους:

• Εάν οι κβαντικοί υπολογιστές φτάσουν στο μέγιστο όριο των 1,000+ qubits, το Bitcoin είναι ασφαλές και η αφήγηση που ώθησε την τιμή του Bitcoin προς τα κάτω εξαφανίζεται.
• Αν ο καθηγητής Πάλμερ κάνει λάθος, οι κβαντικοί υπολογιστές μπορεί πράγματι να απειλήσουν το κομμάτι ενός χαρτοφυλακίου που αφορά το Bitcoin, αλλά θα είναι επίσης σε θέση να εκτελέσουν ένα δύσκολο να φανταστεί κανείς θαύμα υπολογισμών τόσο στην κρυπτογράφηση όσο και σε μια βαθύτερη κατανόηση του υλικού κόσμου.

Έτσι, ένα χαρτοφυλάκιο που συνδυάζει μετοχές κβαντικής πληροφορικής και κρυπτονομίσματα πιθανότατα θα μετριάσει καλύτερα και τα δύο ενδεχόμενα.

Για επενδύσεις σε κβαντική υπολογιστική, μπορείτε να συμβουλευτείτε η επενδυτική μας έκθεση για τη Honeywell και τη θυγατρική της στην κβαντική υπολογιστική, Κβαντίνο, ή το άρθρο μας «Οι 5 καλύτερες εταιρείες κβαντικών υπολογιστών του 2025".

αναφορές:

^{1Τιμ Πάλμερ. Ορθολογική κβαντομηχανική: Δοκιμή της κβαντικής θεωρίας με κβαντικούς υπολογιστές. PNAS. 123 (12) e2523350123. 16 Μαρτίου 2026. https://doi.org/10.1073/pnas.2523350123
2Τιμ Πάλμερ. Λύνοντας τα Μυστήρια της Κβαντομηχανικής: Γιατί η Φύση Απεχθάνεται ένα Συνεχές. Πρακτικά της Βασιλικής Εταιρείας. Φεβρουάριος 18, 2026. https://arxiv.org/abs/2602.16382}