Strona główna / Maszyneria / Tradycyjne pecety trafią do lamusa?
wtorek 05 marzec 2019 | Robert Kamiński
Tradycyjne pecety trafią do lamusa?
Żyjemy w epoce Big Data – dane dosłownie nas zalewają, głównie za sprawą internetu rzeczy począwszy od smartfonów po kamery monitoringu. Informacji jest coraz więcej, a tymczasem współczesne komputery wciąż pozostają w epoce krzemu. Nadchodzą jednak czasy komputerów kwantowych.

Prawa fizyki są nieubłagane – tradycyjne komputery bazują na procesorach zbudowanych z ogromnej ilości krzemowych tranzystorów. Ich moc ciągle rośnie dzięki zabiegom inżynierów, którzy poprzez m.in. ich „upakowanie” i zwiększenie liczby rdzeni. Jednak pewne zastosowania pozostaną poza ich zasięgiem. Wielozadaniowość to w gruncie rzeczy złudzenie, bo nasze poczciwe pecety są w stanie wykonywać jedną rzecz jednocześnie używając sekwencji bitów 0 i 1, reprezentujących dwa stany. Pomimo że są w gruncie rzeczy rozbudowanymi kalkulatorami w codziennych zastosowaniach sprawdzają się znakomicie. Jednak wykonanie skomplikowanych obliczeń jak choćby złamanie współczesnych algorytmów szyfrujących zajęłoby nawet super komputerom dziesiątki lat. Jeśli zaprząc klasyczny komputer (jak laptop czy komputer stacjonarny) do zadań, do których wykorzystywane są dziś komputery kwantowe, to rozwiązanie tych zdań zajęłoby mu więcej niż trwa znany nam wszechświat.

Komputer kwantowy mógłby rozwiązać to zadanie w ciągu kilku sekund. To najprostszy przykład zastosowania komputera kwantowego, który w założeniu ma służyć rozwiązywaniu problemów obecnie niemożliwych do rozwiązania.

Era kwantowa puka do naszych drzwi

Zwykłe komputery wykonują obliczenia posługując się seriami bitów – zer i jedynek. Komputery kwantowe wykorzystują kwantowe bity, czyli kubity, które mogą przybierać obie te wartości jednocześnie – to tzw. superpozycja. Dzięki niej moc obliczeniowa rośnie w ogromnym tempie. Zdaniem części uczonych dzieje się tak, ponieważ w rzeczywistości istnieje bardzo wiele bliźniaczych wszechświatów (tworzących wspólnie tzw. multiwersum), które przenikają się na poziomie subatomowym. Komputery kwantowe mają działać w wielu takich światach równocześnie.

Jednak ich zbudowanie wcale nie jest proste. Najpierw trzeba stworzyć kubity z obiektów, które podlegają prawom fizyki kwantowej – mogą to być np. elektrony. Potem taką maszynę trzeba zaprogramować i odczytać wyniki obliczeń. A z tym jest problem, ponieważ w świecie kwantowym każda obserwacja zmienia stan obserwowanej materii – to tzw. dekoherencja. Innymi słowy mówiąc wpływ mają np. skoki temperatury czy zakłócenia elektromagnetyczne wytwarzane przez inne części komputera.

Nad komputerami kwantowymi pracują zarówno największe korporacje, jak i start-upy technologiczne. Największe firmy rynku informatycznego inwestują w komputery kwantowe. Jeśli im się uda, wkrótce czeka nas rewolucja m.in. w szyfrowaniu danych i wyszukiwaniu informacji.

Najnowsze komputery kwantowe mają ponad tysiąc kubitów, a używają ich m.in. Google i NASA (do badań nad sztuczną inteligencją), Harvard University (do badania struktury białek) oraz koncern Lockheed Martin.

Niektórzy twierdzą, że znaczenie tej wykluwającej się technologii będzie porównywalne do lotu braci Wright i pierwszego kroku Neila Armstronga na Księżycu.

Weźmy podróż w kosmos. Inżynierowie firmy Lockheed Martin muszą wziąć pod uwagę każdą możliwą trajektorię lotu statku kosmicznego, którą może dotrzeć do celu. Jest tak wiele możliwych wariantów, że nawet z wysokowydajnymi komputerami, które są w stanie dokonywać obliczeń z prędkością błyskawicy, czas na znalezienie rozwiązania jest zbyt długi. Dzięki użyciu komputerów kwantowych, inżynierowie i astronauci mogą odwzorowywać i analizować wszystkie te trajektorie naraz poprzez łączone kubity (najmniejsze i niepodzielne jednostki informacji kwantowej). Takie podejście pozwala tworzyć modele przestrzeni kosmicznej, ze wszystkimi jej siłami grawitacji i inercji, a następnie wykorzystywać je do znajdowania optymalnej drogi do celu bez konieczności testowej weryfikacji każdej z nich. A wszystko to w ciągu milisekund!

Jakie mogą być potencjalne inne zastosowania tej ekscytującej technologii? Technologie kwantowe umożliwią również w pełni bezpieczną komunikację sieciową (wyobraźmy sobie kwantowe karty kredytowe, których użyć może tylko ich właściciel), albo posłużą do tworzenia wysokoprecyzyjnych czujników do obrazowania biomedycznego i chirurgii laserowej.

Naukowcy pracujący w firmie Lockheed Martin już teraz wykorzystują potężną technologię kwantową do mierzenia się z wyzwaniami, które wykraczają poza dotychczasowe wyobrażenia o tym, co jest możliwe.

Udane testy prototypów pokazują, że jest o co walczyć - ten, kto pierwszy opanuje technologię zdobędzie ogromną przewagę nad konkurencją. Komputery kwantowe mogą bardzo szybko przeszukiwać ogromne ilości danych. Pozwalają też na modelowanie złożonych zjawisk fizycznych czy biochemicznych, niezbędnych do tworzenia nowych materiałów, modeli zmian klimatu czy leków. „Kiedy w połowie XX wieku powstawały pierwsze tranzystory, uczeni nie mieli jeszcze pojęcia, do czego mogą zostać wykorzystane. Na pewno by nie przewidzieli, że dzięki nim powstaną np. smartfony.”

Podobne artykuły
Komentarze
comments powered by Disqus
zobacz więcej
Video
więcej
Video"
więcej
Facebook
więcej