wtorek 05 marzec 2019 | Robert Kamiński

Tradycyjne pecety trafi─ů do lamusa?

┼╗yjemy w epoce Big Data ÔÇô dane dos┼éownie nas zalewaj─ů, g┼é├│wnie za spraw─ů internetu rzeczy pocz─ůwszy od smartfon├│w po kamery monitoringu. Informacji jest coraz wi─Öcej, a tymczasem wsp├│┼éczesne komputery wci─ů┼╝ pozostaj─ů w epoce krzemu. Nadchodz─ů jednak czasy komputer├│w kwantowych.

Prawa fizyki s─ů nieub┼éagane – tradycyjne komputery bazuj─ů na procesorach zbudowanych z ogromnej ilo┼Ťci krzemowych tranzystorów. Ich moc ci─ůgle ro┼Ťnie dzi─Öki zabiegom in┼╝ynierów, którzy poprzez m.in. ich „upakowanie” i zwi─Ökszenie liczby rdzeni. Jednak pewne zastosowania pozostan─ů poza ich zasi─Ögiem. Wielozadaniowo┼Ť─ç to w gruncie rzeczy z┼éudzenie, bo nasze poczciwe pecety s─ů w stanie wykonywa─ç jedn─ů rzecz jednocze┼Ťnie u┼╝ywaj─ůc sekwencji bitów 0 i 1, reprezentuj─ůcych dwa stany. Pomimo ┼╝e s─ů w gruncie rzeczy rozbudowanymi kalkulatorami w codziennych zastosowaniach sprawdzaj─ů si─Ö znakomicie. Jednak wykonanie skomplikowanych oblicze┼ä jak cho─çby z┼éamanie wspó┼éczesnych algorytmów szyfruj─ůcych zaj─Ö┼éoby nawet super komputerom dziesi─ůtki lat. Je┼Ťli zaprz─ůc klasyczny komputer (jak laptop czy komputer stacjonarny) do zada┼ä, do których wykorzystywane s─ů dzi┼Ť komputery kwantowe, to rozwi─ůzanie tych zda┼ä zaj─Ö┼éoby mu wi─Öcej ni┼╝ trwa znany nam wszech┼Ťwiat.

Komputer kwantowy móg┼éby rozwi─ůza─ç to zadanie w ci─ůgu kilku sekund. To najprostszy przyk┼éad zastosowania komputera kwantowego, który w za┼éo┼╝eniu ma s┼éu┼╝y─ç rozwi─ůzywaniu problemów obecnie niemo┼╝liwych do rozwi─ůzania.

Era kwantowa puka do naszych drzwi

Zwyk┼ée komputery wykonuj─ů obliczenia pos┼éuguj─ůc si─Ö seriami bitów – zer i jedynek. Komputery kwantowe wykorzystuj─ů kwantowe bity, czyli kubity, które mog─ů przybiera─ç obie te warto┼Ťci jednocze┼Ťnie – to tzw. superpozycja. Dzi─Öki niej moc obliczeniowa ro┼Ťnie w ogromnym tempie. Zdaniem cz─Ö┼Ťci uczonych dzieje si─Ö tak, poniewa┼╝ w rzeczywisto┼Ťci istnieje bardzo wiele bli┼║niaczych wszech┼Ťwiatów (tworz─ůcych wspólnie tzw. multiwersum), które przenikaj─ů si─Ö na poziomie subatomowym. Komputery kwantowe maj─ů dzia┼éa─ç w wielu takich ┼Ťwiatach równocze┼Ťnie.

Jednak ich zbudowanie wcale nie jest proste. Najpierw trzeba stworzy─ç kubity z obiektów, które podlegaj─ů prawom fizyki kwantowej – mog─ů to by─ç np. elektrony. Potem tak─ů maszyn─Ö trzeba zaprogramowa─ç i odczyta─ç wyniki oblicze┼ä. A z tym jest problem, poniewa┼╝ w ┼Ťwiecie kwantowym ka┼╝da obserwacja zmienia stan obserwowanej materii – to tzw. dekoherencja. Innymi s┼éowy mówi─ůc wp┼éyw maj─ů np. skoki temperatury czy zak┼éócenia elektromagnetyczne wytwarzane przez inne cz─Ö┼Ťci komputera.

Nad komputerami kwantowymi pracuj─ů zarówno najwi─Öksze korporacje, jak i start-upy technologiczne. Najwi─Öksze firmy rynku informatycznego inwestuj─ů w komputery kwantowe. Je┼Ťli im si─Ö uda, wkrótce czeka nas rewolucja m.in. w szyfrowaniu danych i wyszukiwaniu informacji.

Najnowsze komputery kwantowe maj─ů ponad tysi─ůc kubitów, a u┼╝ywaj─ů ich m.in. Google i NASA (do bada┼ä nad sztuczn─ů inteligencj─ů), Harvard University (do badania struktury bia┼éek) oraz koncern Lockheed Martin.

Niektórzy twierdz─ů, ┼╝e znaczenie tej wykluwaj─ůcej si─Ö technologii b─Ödzie porównywalne do lotu braci Wright i pierwszego kroku Neila Armstronga na Ksi─Ö┼╝ycu.

We┼║my podró┼╝ w kosmos. In┼╝ynierowie firmy Lockheed Martin musz─ů wzi─ů─ç pod uwag─Ö ka┼╝d─ů mo┼╝liw─ů trajektori─Ö lotu statku kosmicznego, któr─ů mo┼╝e dotrze─ç do celu. Jest tak wiele mo┼╝liwych wariantów, ┼╝e nawet z wysokowydajnymi komputerami, które s─ů w stanie dokonywa─ç oblicze┼ä z pr─Ödko┼Ťci─ů b┼éyskawicy, czas na znalezienie rozwi─ůzania jest zbyt d┼éugi. Dzi─Öki u┼╝yciu komputerów kwantowych, in┼╝ynierowie i astronauci mog─ů odwzorowywa─ç i analizowa─ç wszystkie te trajektorie naraz poprzez ┼é─ůczone kubity (najmniejsze i niepodzielne jednostki informacji kwantowej). Takie podej┼Ťcie pozwala tworzy─ç modele przestrzeni kosmicznej, ze wszystkimi jej si┼éami grawitacji i inercji, a nast─Öpnie wykorzystywa─ç je do znajdowania optymalnej drogi do celu bez konieczno┼Ťci testowej weryfikacji ka┼╝dej z nich. A wszystko to w ci─ůgu milisekund!

Jakie mog─ů by─ç potencjalne inne zastosowania tej ekscytuj─ůcej technologii? Technologie kwantowe umo┼╝liwi─ů równie┼╝ w pe┼éni bezpieczn─ů komunikacj─Ö sieciow─ů (wyobra┼║my sobie kwantowe karty kredytowe, których u┼╝y─ç mo┼╝e tylko ich w┼éa┼Ťciciel), albo pos┼éu┼╝─ů do tworzenia wysokoprecyzyjnych czujników do obrazowania biomedycznego i chirurgii laserowej.

Naukowcy pracuj─ůcy w firmie Lockheed Martin ju┼╝ teraz wykorzystuj─ů pot─Ö┼╝n─ů technologi─Ö kwantow─ů do mierzenia si─Ö z wyzwaniami, które wykraczaj─ů poza dotychczasowe wyobra┼╝enia o tym, co jest mo┼╝liwe.

Udane testy prototypów pokazuj─ů, ┼╝e jest o co walczy─ç - ten, kto pierwszy opanuje technologi─Ö zdob─Ödzie ogromn─ů przewag─Ö nad konkurencj─ů. Komputery kwantowe mog─ů bardzo szybko przeszukiwa─ç ogromne ilo┼Ťci danych. Pozwalaj─ů te┼╝ na modelowanie z┼éo┼╝onych zjawisk fizycznych czy biochemicznych, niezb─Ödnych do tworzenia nowych materia┼éów, modeli zmian klimatu czy leków. „Kiedy w po┼éowie XX wieku powstawa┼éy pierwsze tranzystory, uczeni nie mieli jeszcze poj─Öcia, do czego mog─ů zosta─ç wykorzystane. Na pewno by nie przewidzieli, ┼╝e dzi─Öki nim powstan─ů np. smartfony.”