Choć nie lubimy się do tego przyznać, nauka i technologia są pełne «hype’ów» – rozwiązań o niezwykłym potencjale i spektakularnych obietnic, które nigdy się nie materializują. Zimna fuzja i grafen to dwa dobre przykłady, ale jeśli przyjrzymy się bliżej gigantom rynku, odkryjemy, że nie mogą przestać mówić o komputerach kwantowych. Co chcą z nimi zrobić? Jak działa komputer kwantowy? Dziś przyjrzymy się odpowiedziom na te pytania.
Zera i jedynki... i coś więcej
Nasze cyfrowe życie to niekończący się taniec jedynek i zer. Ten artykuł, przeglądarka, której używasz, twój system operacyjny. Zdjęcia, filmy, muzyka, gry, praca, egzaminy. Miłość? Pieniądze? To też nie ucieka od bitów. Poza pewnymi szczególnymi przypadkami, które mogą spontanicznie „zmienić” bit i zasiać chaos, bity działają i służą nam bardzo dobrze.
Rozwój komputerów w ostatnich dziesięcioleciach skupiał się (i nadal się skupia) na przetwarzaniu coraz większej liczby bitów i robieniu tego coraz szybciej. Jednak nasze postępy szybko zbliżają się do fizycznych granic, których nie możemy przekroczyć. Gdy komponenty zbliżają się do rozmiaru atomu, fizyka kwantowa jest naszym głównym wrogiem... ale co, gdybyśmy zamienili ją w sojusznika? Witaj w komputerze kwantowym.
Jak działa komputer kwantowy
(Red.: Napisy w języku hiszpańskim)
Ogólnie rzecz biorąc, idea komputera kwantowego polega na wykorzystaniu właściwości kwantowych do wykonywania operacji. W konwencjonalnym komputerze bit jest najmniejszą jednostką informacji, z 0 i 1 jako możliwymi stanami. Ale w komputerze kwantowym mamy kubit („bit kwantowy”), który może być 0, 1… lub proporcją obu. To prowadzi nas do słynnej superpozycji kwantowej: dopóki nie zostanie zaobserwowany, oceniony i zmierzony, kubit pozostaje w superpozycji, ale gdy tylko coś z nim zrobisz, musi zapaść się w jeden ze swoich ostatecznych stanów. Kot Schrödingera, ale z bitami.
Tak, ale to jeszcze bardziej skomplikowane…
Do poprzedniego akapitu musimy dodać koncepcję splątania kwantowego. Zasadniczo jest to połączenie lub sprzężenie, które sprawia, że jeden kubit reaguje na zmianę stanu innego kubitu. Ta reakcja jest natychmiastowa i nie zależy od odległości między kubitami. Dlaczego to ważne? Ponieważ mierząc splątany kubit, możemy poznać właściwości jego partnera bez konieczności przeprowadzania dodatkowej obserwacji.
Jednak… wszystko, co powiedzieliśmy do tej pory, to „prosta wersja” komputera kwantowego. Scott Aaronson, profesor informatyki na Uniwersytecie Teksańskim (w Austin) i jeden z najważniejszych ekspertów w dziedzinie informatyki kwantowej, wyjaśnia nam, że mechanika kwantowa pracuje na amplitudach. Kubit to bit z amplitudą dla 0 i amplitudą dla 1. Jednym z fundamentalnych celów komputerów kwantowych jest to, żeby wszystkie amplitudy prowadzące do błędnych wyników wzajemnie się znosiły, a pozostałe amplitudy doprowadziły do poprawnej odpowiedzi.
Aby to osiągnąć, obecne projekty komputerów kwantowych opierają się na nadprzewodnictwie. Rozmiar chipa nie jest dużo większy niż tradycyjnego procesora, a wewnątrz znajduje się seria „cewek”, w których płyną dwa kwantowe stany prądu. Cewki mogą oddziaływać ze sobą za pomocą złączy Josephsona. Daje to początek generowaniu stanów splątanych. Oddziaływanie między kubitami jest w pełni programowalne, a aby to wszystko działało, system musi być schłodzony do temperatury bardzo bliskiej zera absolutnego.
«Problem»
Kiedy pierwszy laser został zbudowany w 1960 roku, jego twórca Theodore Maiman określił go jako „rozwiązanie szukające problemu”. I z pewnego punktu widzenia to samo można powiedzieć o komputerze kwantowym. Mamy dość solidne pojęcie o jego potencjale, ale musi on nie tylko zrobić krok w jakości, ale także w ilości.
Najlepsze komputery kwantowe mają średnio 50 kubitów. Procesor kwantowy Google Sycamore ma łącznie 53 kubity, a chiński system Jiuzhang osiągnął 76. Jednak eksperci przyznają, że potrzebny jest wykładniczy wzrost, z komputerami składającymi się z setek tysięcy kubitów, aby generować użyteczną pracę i rozwiązywać problemy o szerokim spektrum.
Pierwsze, co przychodzi na myśl, to coś w rodzaju „kwantowego prawa Moore’a”, ale to nie wystarczy: podczas gdy prawo Moore’a podwajało liczbę tranzystorów co 18–24 miesięcy, komputery kwantowe muszą podwajać liczbę kubitów co dwanaście miesięcy lub mniej. Co to oznacza? Co najmniej dziesięć lat.
Komputer kwantowy: zastosowania i wyzwania
Oczywiście istnieje mnóstwo powodów, aby stawić czoła wszystkim wyzwaniom, jakie stawia przed nami informatyka kwantowa. Od zaawansowanych symulacji cząsteczek, przez prognozy ekonomiczne, po nowe gałęzie edukacji, medycyny i bezpieczeństwa – komputery kwantowe stworzą wiele rynków i trzeba się do nich przygotować.
https://old.neoteo.com/supremacia-cuantica-google-que-significa/Bezpieczeństwo zasługuje na osobny rozdział: w odpowiednich warunkach (pomyśl o milionach kubitów) komputer kwantowy mógłby zmiażdżyć system kryptograficzny RSA, a jeśli tak się stanie... lepiej, żebyśmy mieli dobrą alternatywę w działaniu.
