Używasz starszej wersji przeglądarki. Aby w optymalny sposób korzystać z witryny MSN, używaj obsługiwanej wersji przeglądarki.

Nadchodzi rewolucja w informatyce

Logo Rzeczpospolita Rzeczpospolita 2018-01-25 Paweł Łepkowski
© Pixabay

Komputery kwantowe w ułamku sekundy wykonują obliczenia, które komputerom tradycyjnym zajmują lata. Zmienią one nasz świat całkowicie.

Podczas jednego ze swoich osławionych wykładów o fizyce kwantowej na Massachusetts Institute of Technology laureat Nagrody Nobla Richard Feynman zaprezentował teoretyczny model działania urządzenia, które nazwał komputerem kwantowym. Wówczas uznano tę koncepcję za fantastykę naukową. Feynman przekonywał słuchaczy, że do przekształcenia systemu kwantowego w klasyczny model komputerowy wykorzystać można wiele zjawisk wykazujących właściwości kwantowe.

Mimo fali krytyki ze strony środowiska naukowego koncepcja Feynmana została po raz pierwszy zrealizowana już 15 lat po słynnym wykładzie noblisty. W 1996 r. Neil Gershenfeld, Isaac L. Chuang i Marc Kubineca zbudowali maszynę wykorzystująca zjawisko rezonansu magnetycznego NMR. Urządzenie programowano za pomocą impulsów radiowych.

Magiczny świat kubitów

Ale prawdziwy przełom w informatyce kwantowej nastąpił dopiero w 2009 r., kiedy dwóm doktorantom z Centrum Fotoniki Kwantowej na Uniwersytecie Brystolskim udało się zbudować pierwszy optyczny komputer kwantowy korzystający z czterech kubitów.

Nazwa kubit jest skrótem od zwrotu ,,quantum bit". Mówiąc kolokwialnie i skrótowo, w przeciwieństwie do tradycyjnego bita – oznaczającego w systemie binarnym 1 lub 0 – kubit opisuje pewien układ kwantowy, o którym nie możemy uzyskać pełnej informacji bez zaburzenia go poprzez pomiar. Te superpozycje stanów są bardzo nietrwałe. Nawet najmniejszy kontakt z otoczeniem powoduje, że w ułamku sekundy układ wypada ze stanu superpozycji do stanu stacjonarnego. Takie zjawisko fizycy nazywają dekoherencją. Stanowi ona największą przeszkodę w pracy maszyn kwantowych. Ale i nad tym zjawiskiem zaczynamy powoli panować.

Żeby zrozumieć różnice między bitami i kubitami, można się posłużyć następującym przykładem: 4 klasyczne bity dają w sumie 16 możliwych kombinacji, kiedy 4 kubity będące w stanie superpozycji mogą być we wszystkich 16 stanach naraz, a z każdym kolejnym dodanym kubitem liczba kombinacji wzrasta wykładniczo. Oznacza to, że 20-kubitowy komputer może jednocześnie przechowywać i analizować 1 000 000 wartości. Rozbudowana maszyna kwantowa przetwarza olbrzymie zbiory danych w niewyobrażalnie krótkim czasie.

Szyfry nie do złamania

Poważnym problemem przy korzystaniu z komputerów kwantowych jest konieczność ich chłodzenia, żeby nie zakłócać procesów obliczeniowych. Żeby tego uniknąć, trzeba schładzać procesor do temperatury 0,015 K (-273,135 st. C).

Dlaczego zatem mimo tak wielu problemów naukowcy chcą budować komputery kwantowe? Niezwykłą zaletą komputerów kwantowych jest ich szybkość. W zależności od ilości kubitów w procesorze w ciągu sekundy można dokonać obliczenia, które zwykłym komputerom zajmują lata. Komputery kwantowe są zdolne w tym samym czasie błyskawicznie przeszukiwać olbrzymie ilości danych i są idealnymi narzędziami do łamania szyfrów. Stąd też tak ogromne zainteresowanie tą technologią przez Google LLC i służby kontrwywiadowcze na całym świecie. Na przykład w czerwcu 2017 r. chińscy naukowcy przesłali za pomocą satelity kwantowo splątane fotony na odległość ponad 1200 km. Oznacza to, że Chińczycy wprowadzają w życie kryptologię kwantową, w której poufność przekazywanej informacji jest niemożliwa do złamania przez osoby niepożądane. Klucz szyfrowy przesyłany jest za pomocą pojedynczych fotonów, których nie można skopiować.

Rewolucja kwantowa

Czy komputery kwantowe można kupić jak zwykłe pecety? Już w 2011 r. amerykańska firma informatyczna D-Wave wypuściła na rynek urządzenie pracujące na 512 bitach kwantowych, które kosztują około 11 milionów euro. Nie jest to jednak komputer kwantowy w ścisłym znaczeniu, ale urządzenie wykorzystujące tylko pewne własności takiej maszyny.

Prawdziwy wyścig w budowie coraz większych procesorów kwantowych rozpoczął się w połowie zeszłego roku. W czerwcu 2017 r. IBM poinformowało, że w chmurze zostanie uruchomiona usługa IBM Q, która pozwala na komercyjny dostęp do komputera kwantowego wyposażonego w pięciokubitowy procesor. Zaledwie półtora miesiąca później, Mikhail Lukin – kierownik zespołu badawczego Lukin z Quantum Optics Laboratory na Uniwersytecie Harvarda, ogłosił na odbywającej się w Moskwie Międzynarodowej Konferencji na temat Technologii Kwantowych, że jego zespół zbudował i uruchomił 51-kubitowy komputer kwantowy.

Prawdziwym przełomem w informatyce kwantowej może się także okazać zaprezentowany w zeszłym tygodniu na targach elektroniki użytkowej w Las Vegas 50-kubitowy prototyp komputera i 20-kubitowy system obliczeniowy będący kontynuacją usługi IBM Q. Oba systemy są zdolne utrzymać stan kwantowy przez 90 mikrosekund. Na tych samych targach zaprezentowano także 49-kubitowy procesor kwantowy o nazwie Tangle Lake skonstruowany przez największego na świecie producenta mikroprocesorów – amerykańską firmę Intel, we współpracy z holenderską firmą Qutech. Tego typu procesor nie jest jeszcze urządzeniem o wielkiej mocy obliczeniowej, które mogłoby radykalnie zrewolucjonizować branżę IT. Jest jednak bardzo obiecującym prognostykiem.

Zasady działania

Dlaczego komputery kwantowe będą nieporównywalnie szybsze od tradycyjnych komputerów?

Zwykły bit ma wartość 1 albo 0. Dopiero miliardy takich bitów przerabianych na sekundę pozwalają dokonać skomplikowanych obliczeń matematycznych. W komputerach kwantowych bit jest jedynką i zerem jednocześnie. Dzięki temu, że kubity są ze sobą splątane, komputer kwantowy wykonuje wszystkie operacje naraz, a nie jak w zwykłym komputerze jedną po drugiej. Komputer kwantowy będzie mógł dokonywać obliczeń, które wszystkim razem wziętym zwykłym komputerom zajęłyby tysiące lat.

Reklama
Reklama

ZOBACZ WIĘCEJ ARTYKUŁÓW Z RZECZPOSPOLITEJ

Reklama
image beaconimage beaconimage beacon