Komputery kwantowe przyszłością informatyki? Część 2.

W poprzednim artykule wprowadziłem Was w temat komputerów kwantowych i wyjaśniłem sposób ich działania, a także porównałem do dzisiejszych powszechnie stosowanych superkomputerów. Teraz przyszedł czas na to, aby mogły się wykazać swoimi zdolnościami.

Co mogą zaoferować nam kwantowe komputery?

1) Nowe i skuteczniejsze leki

Jedną z ważniejszych dziedzin nauki, która może skorzystać z komputerów kwantowych, jest chemia, która dzięki komputerom dała początek nowej dziedzinie – chemoinformatyce. Dzięki niej powstają nowe leki. A dzięki fizyce kwantowej opracowywanie nowych lekarstw będzie skuteczniejsze. Ale obecny stan rozwoju kwantowych maszyn to za mało, by można było je wykorzystywać w tej dziedzinie. Opisanie zachowania jednej cząsteczki wody zajmuje 16 tys. bitów i choć na komputerze kwantowym wystarczyłyby zaledwie 24 kubity, to obecnie najlepsze tego typu urządzenia posiadają ich zaledwie 50.

2) Szybsze dostawy, udrożnienie dróg i pojazdy autonomiczne

W logistyce walczą dzisiaj superkomputery, niestety znalezienie jak najkrótszej drogi łączącej 25 miast (w matematyce nazywa się to problemem komiwojażera) zajęłoby im wiele lat. Dlatego na tej powierzchni wciąż opieramy się na ludzkiej intuicji. Według naukowców to właśnie te problemy za kilka lat zostaną powierzone aparatom kwantowym. Pomogą usprawnić podróże zwykłym kierowcom korzystającym z nawigacji samochodowej, firmom kurierskim czy nawet w przyszłości ułatwić koncernom motoryzacyjnym wprowadzenie na rynek pojazdów autonomicznych.

3) Koniec z łamaniem szyfrów

Obecnie łamanie najczęściej występujących szyfrów polega na rozkładaniu dużych liczb na czynniki pierwsze. Komputery kwantowe pozwoliłyby na złamanie stosowanego dziś powszechnie szyfrowania danych, ale dopiero, gdyby posiadały tysiące, a może nawet miliony kubitów. I chociaż ta perspektywa wydaje się bardzo odległa, to już dzisiaj organizacje rządowe czuwają nad tym, aby ich dane były odporne na kwantowe włamania. Technologia kwantowa może posłużyć nie tylko do łamania szyfrów, ale też do szyfrowania danych. Chodzi o szyfrowanie kwantowe, które zachodziłoby na poziomie fotonów i cząstek elementarnych w telekomunikacji – to z kolei obróci w pył próbę podsłuchania transmisji, ponieważ każda ingerencja w przesyłanie danych niszczy je. Kto wie, może internet przyszłości będzie opierał się na Technologii kwantowej?

4) Ku uciesze fizyków

Z racji tego, że komputery kwantowe posiadają znacznie większą moc obliczeniową od obecnych komputerów, będą wykorzystywane także przez fizyków. Potrzebują ich do modelowania różnych zjawisk, które są powodowane przez cząstki elementarne, np. projektowanie reaktorów termojądrowych. Wymagają one podgrzewania atomów do bardzo wysokich temperatur oraz ściskania ich z użyciem pola magnetycznego. Dzięki temu uzyskujemy ogromne ilości energii. Komputery wykorzystywane dzisiaj do tych zadań nie są w stanie im sprostać, dlatego fizycy czekają ze zniecierpliwieniem na technologię kwantową.

5) Sztuczna inteligencja

Roboty (i nie tylko) wyposażone w sztuczną inteligencję uczą się poprzez analizowanie ogromnych zbiorów danych. To zajmuje dużo czasu, niekiedy nawet tygodnie. Kwantowe obliczenia mogą radykalnie skrócić ten czas. Będą też sprawdzały się przy szybkim wyszukiwaniu danych – przewiduje dr Talia Gershon z IBM. Prędkość „uczenia się” sztucznej inteligencji ma także wpływ na środowisko przyrodnicze. Przyswajanie danych wiąże się z ogromną ilością zanieczyszczeń, i choć komputery kwantowe też je wydzielają, to szybsze obliczenia będą skutkować oszczędnością energii i mniejszym wpływem sektora nowych technologii na zmiany klimatyczne.

Hola! Hola! Nie tak szybko!

Niestety komputery kwantowe są dopiero w zarodku, naukowcy przyznają, że przed nimi jeszcze długa droga w ich odkrywaniu. Zatem co spowalnia rozwój kwantowych maszyn? Ważnym czynnikiem jest tu kruchość i nietrwałość tego układu. Kubity pracują tylko w specyficznych warunkach. Wymagają temperatury równej zeru całkowitemu (około 0,001 Kelwina, czyli -273,149 °C) oraz wysokiej próżni. Każda zmiana tych i innych warunków powoduje błędy w obliczeniach. Podobne działanie opisuje zjawisko tzw. dekoherencji – odczytując wyniki obliczeń zarazem je kasujemy. Jak już wspomniałem, badania nad technologiami kwantowymi, mimo że trwają już od dosyć dawna, to wciąż niewiele o nich wiemy. Prof. Steven Girvin z Uniwersytetu Yale mówi: Można to porównać z sytuacją z lat 50. XX wieku, kiedy komputery budowano z lamp próżniowych i pierwszych tranzystorów. Niektórzy inżynierowie twierdzą, że niemożliwe jest zbudowanie jednego procesora składającego się z setek czy tysięcy kubitów.

Wielka szansa lub głęboka przepaść

Dopóki prace nad komputerami kwantowymi idą do przodu, dopóty inwestorzy będą wydawać dużo pieniędzy na tę branżę (jest to bardzo kosztowna dziedzina – przykładem może być chłodziarka, umożliwiająca utrzymanie temperatury równej zeru absolutnemu, która kosztuje kilkaset tysięcy dolarów). Dopiero wtedy, gdy pojawią się użyteczne komputery kwantowe, ten rynek ma szansę się rozwinąć – powiedział Jakob Kammhuber ze startupu Delft Circuits. Niestety, jeśli w niedalekiej przyszłości nie pokażą się zdecydowane rezultaty, inwestorzy mogą się wycofać. Może to skutkować zatrzymaniem rozwoju technologii kwantowej na wiele lat.

Ilustracje: Franciszek Pilichowicz