Data publikacji: 21  stycznia  2019   •   Autor: Grzegorz Tokajuk subskrybuj blog

Komputer kwantowy - czy będziemy go używać w przyszłości?

Nad komputerami kwantowymi pracują zarówno największe korporacje, jak i start-upy technologiczne. Większość dostawców chce oferować dostęp do nich przez chmurę. Niektórzy już testują możliwości systemów, a eksperci twierdzą, że w ciągu kilku lat doczekamy się rozwiązania, z którego będą mogły korzystać przeciętne firmy. Ale czy rzeczywiście jest na co czekać?

Klasyczny komputer pomaga w realizacji wielu niesamowitych rzeczy, niemniej „pod maską” to tak naprawdę tylko zaawansowany kalkulator, używający sekwencji bitów 0 i 1, reprezentujących dwa stany, o których można myśleć jak o przełącznikach „włącz" i „wyłącz". Taka metoda pracy pozwala podejmować decyzje dotyczące danych, które wprowadzamy zgodnie z ustalonymi wcześniej instrukcjami. A komputery kwantowe? Te działają w zupełnie inny sposób i nie zastąpią klasycznych komputerów. Mają pełnić rolę innego narzędzia i posłużyć do rozwiązywania problemów wykraczających poza możliwości klasycznego peceta czy nawet superkomputera. 

 

 

Jeśli nieszczególnie interesujemy się fizyką, zrozumienie tego, jak działa komputer kwantowy, może być wyzwaniem. Nie oznacza to jednak, że jest to poza naszym zasięgiem. Najpierw krótka definicja: komputery kwantowe to nic innego jak zaawansowane podejście do przetwarzania danych, gdzie używamy bitów kwantowych zwanych kubitami (to zarazem najmniejsza i niepodzielna jednostka informacji kwantowej). Kubity mogą reprezentować i przechowywać wartości 0,1 lub superpozycje, czyli kombinacje zarówno 0 i 1.0 ile standardowy komputer ma ustalone wartości 0 lub 1, o tyle kubity w trakcie obliczeń znajdują się w stanie pośrednim, i to określamy kwantową superpozycją zera i jedynek. Na tym etapie trzeba już wiedzieć, że pojedynczy wynik obliczeń komputera kwantowego będzie niepewny i kluczowe jest wykonanie całej serii obliczeń - dopiero ich średnia wartość z dużą dokładnością określi prawidłowy wynik.
Wynik będzie bardziej dokładny, jeśli komputer przeprowadzi więcej obliczeń. Kubit natomiast niesie w sobie znacznie więcej informacji niż zero-jedynkowy bit, dlatego jest w stanie wykonać równolegle wiele obliczeń. Co więcej, wspomniane superpozycje umożliwiają komputerom kwantowym szybsze działanie, które przekracza szybkość klasycznego przetwarzania danych, gdzie wykorzystujemy tylko bity 0 lub 1.

 

Jak w praktyce działa komputer kwantowy? Można to wytłumaczyć na przykładzie popularnej gry mobilnej Angry Birds. Jeżeli gramy w Angry Birds na iPadzie, procesor urządzenia przeprowadza pewne matematyczne równania, które zostały zaprogramowane w bibliotekach gry, aby symulować skutki grawitacji oraz interakcji podskakujących i obijających się o siebie obiektów. Tak właśnie działają klasyczne komputery. Natomiast komputery kwantowe wykorzystują całkowicie inne podejście. W przypadku Angry Birds wyglądałoby to następująco: zacznijmy rzucać postaciami z gry (ptakami) i zobaczmy, co się stanie. Komputery te postawiłyby przed sobą problem do rozwiązania, który brzmiałby: to są twoje ptaki, zobacz, skąd je wyrzucasz, sprawdź, jaka jest optymalna trajektoria. Komputer następnie sprawdziłby wszystkie możliwe rozwiązania - lub przynajmniej bardzo dużo kombinacji -i wróciłby z odpowiedzią. 

 

Obecnie jesteśmy na takim etapie, że tradycyjne komputery ciągle mają znaczną przewagę nad komputerami kwantowymi w przypadku większości zastosowań i prawdopodobnie tak będzie jeszcze przez co najmniej kilka lat. Nawet firmy, które inwestują dużo środków w komputery kwantowe, takie jak Google, informują, że minie jeszcze ok. 10 lat, zanim doczekamy się rozwiązań, które będą odporne na awarie i zapewnią spójne, stabilne działanie wraz z funkcją automatycznego korygowania błędów. Kiedy powstanie komputer kwantowy, który będzie w stanie stabilnie i długo pracować, wtedy powinniśmy oczekiwać znacznego postępu na wielu płaszczyznach i rynkach. Zanim jednak będziemy mówić o możliwościach komputerów kwantowych i ich przewadze nad obecnie dostępnymi i stosowanymi klasycznymi komputerami, trzeba uzbroić się w cierpliwość. A do tego czasu? Na razie bardziej użyteczny pozostanie jeszcze poczciwy laptop.