Komputer kwantowy – wielka obietnica, wciąż niezrealizowana
Komputery kwantowe pobudzają wyobraźnię – mają przyspieszyć projektowanie leków i materiałów, ułatwić pracę nad leczeniem skomplikowanych chorób poprzez analizę różnorodnych scenariuszy molekularnych, zoptymalizować obliczenia logistyczne i finansowe czy przyspieszyć uczenie maszynowe.
Kwantowy algorytm Shora ma z założenia złamać powszechnie stosowane metody szyfrowania, np. RSA, (co na pewno rozpala wyobraźnię wielu cyberprzestępców) , ale komputery kwantowe mają nam pomóc w opracowaniu nowych, „kwantowo opornych” algorytmów szyfrujących – i w tej dziedzinie Polska ma pewne osiągnięcia.
To wciąż jednak tylko marzenia – nadal nie stworzyliśmy komputera kwantowego o szerokich zastosowaniach. Choć niektóre takie komputery potrafią rozwiązać pewne wąsko zdefiniowane problemy, które są trudne lub praktycznie niemożliwe do rozwiązania przez komputery klasyczne.
Nobel za podwaliny obliczeń kwantowych
Nawet jeśli komputer kwantowy wciąż jest tylko potencjalnym a nie rzeczywistym przełomem w wielu dziedzinach, to podwaliny pod niego zostały położone właśnie przez trzech tegorocznych laureatów Nagrody Nobla, Clarke’a, Devoreta i Martinisa. I to dość dawno, bo w latach 80. poprzedniego stulecia.
Trójka ta, pracując wówczas razem na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, przeprowadziła eksperyment, który pokazał, że pewne znane ze świata w skali atomowej zjawiska, takie jak tunelowanie kwantowe i kwantyzacja energii, jesteśmy w stanie odtworzyć w stanie makro – jak to określił Komitet Noblowski, z obwodem nadprzewodzącym wystarczająco dużym, by można go było trzymać w dłoni.
W eksperymencie tym dwa elementy nadprzewodzące układu elektrycznego były rozdzielone warstwą izolatora. Łącznie, naładowane cząstki poruszające się w nadprzewodniku tworzyły system, który zachowywał się tak, jakby były pojedynczą cząstką wypełniającą cały obwód, tym samym odtwarzając efekty kwantowe w skali makro.
To odkrycie nie tylko odpowiedziało na fundamentalne pytanie o granice stosowalności mechaniki kwantowej, ale również stało się kamieniem węgielnym dla rozwoju technologii kwantowych nowej generacji, w tym nadprzewodzących komputerów kwantowych, kryptografii i precyzyjnych czujników.
Jeśli chcecie poznać szczegóły eksperymentu trzech naukowców, to popularno-naukowe wyjaśnienie eksperymentu przygotowane przez Królewską Szwedzką Akademię Nauk znajdziecie tutaj.
Współczesne komputery kwantowe – giganci i nie tylko
Nad komputerami kwantowymi pracuje kilka z największych firm technologicznych na świecie. Bodaj najbardziej znane są osiągnięcia Google, który w 2019 roku ogłosił supremację kwantową – twierdził, że jego komputer kwantowy Sycamore wykonał obliczenia, które klasycznemu komputerowi zajęłyby 10 tysięcy lat.
Twierdzenia Google zostały co prawda skontrowane przez IBM, innej firmy mocno zaangażowanej w obliczenia kwantowe, ale weteran świata technologii nie kwestionował szybkości Sycamore a po prostu twierdził, że podobne obliczenia klasyczny komputer może wykonać szybciej. Nie zmienia to faktu, że Sycamore i kolejne układy stworzone przez Google – podobnie jak te od IBM – to wciąż światowa czołówka. W Google – jako główny naukowiec do spraw sprzętowych w obliczeniach kwantowych – pracuje tegoroczny laureat noblowski Michel Devoret a swego czasu dla giganta z Mountain View pracował również Martinis.
Oprócz Google i IBM nad komputerami kwantowymi pracują też inni technologiczni giganci – swoje projekty w tej dziedzinie mają na przykład Microsoft i Amazon.
Technologie kwantowe są również rozwijane przez startupy, takie jak IonQ, Quantinuum czy D-Wave Systems, zwykle skupiające się na konkretnych zastosowaniach obliczeń kwantowych.
Swój udział w technologiach kwantowych ma również Polska – w Poznaniu działa już komputer kwantowy PiastQ, a, jak wspomniałem powyżej, nasz kraj ma swoje osiągnięcia w dziedzinie kwantowych algorytmów szyfrujących.
Źródło zdjęcia: D-Wave Systems, Inc.
0 komentarzy
