W tym artykule wyjaśnimy, jakie są cechy komputera kwantowego, wszystkie możliwe zastosowania i jak działa. Dowiedz się więcej.
Komputery kwantowe to jedna z najciekawszych innowacji ostatnich lat: szybsze, wydajniejsze i bardziej funkcjonalne urządzenia, które wykorzystują połączenie fizyki kwantowej i informatyki do rozwiązywania bardzo złożonych problemów w krótkim czasie. Ciekawość tymi super-technologicznymi urządzeniami rośnie gwałtownie po prezentacji Sycamore, komputera kwantowego firmy Google, który w eksperymencie koordynowanym przez Google i przeprowadzonym przez NASA, Caltech (California Institute of Technology) i Uniwersytet Techniczny w Akwizgranie (Akwizgran, Niemcy), rozwiązał w nieco ponad trzy minuty zadanie, które tradycyjnemu komputerowi zajęłoby około 10 000 lat.
Do dnia dzisiejszego świat obliczeń kwantowych rozwija się bardzo dynamicznie, ale wiele jego aspektów, zwłaszcza w odniesieniu do możliwych zastosowań, jest wciąż przedmiotem dyskusji i w rzeczywistości wciąż trudne do zrozumienia dla niewtajemniczonych. Spróbujmy zatem zrozumieć, czym jest komputer kwantowy, jak działa i jakie mogą być jego praktyczne zastosowania.
Czym jest komputer kwantowy i jak działa
Komputer kwantowy jest urządzeniem o zdolności przetwarzania danych i mocy obliczeniowej znacznie większej niż jakikolwiek inny komputer klasyczny: w tym ostatnim zresztą niektóre aspekty "fizyczne", takie jak zastosowana architektura sprzętowa, ograniczają złożoność problemów, które można rozwiązać.
Komputer kwantowy, z drugiej strony, wykorzystuje prawa fizyki i mechaniki kwantowej poprzez zastąpienie "klasycznego" bitu, minimalnej jednostki informacji w konwencjonalnym procesorze, przez qubit (bit kwantowy), cząstki subatomowe, takie jak fotony lub elektrony, zdolne do przechowywania znacznie większej ilości informacji.
W rzeczywistości, podczas gdy bit cyfrowy jest bytem binarnym, który może przyjmować wartości 0 i 1 w zależności od tego, czy płynie prąd, czy nie, qubit może reprezentować oba stany jednocześnie (zarówno 0, jak i 1), które mogą również wpływać na siebie nawzajem, nawet jeśli nie są fizycznie połączone; qubit jest zatem podstawową jednostką zdolną do wykonywania obliczeń jednocześnie dzięki superpozycji stanów kwantowych.
Możliwe zastosowania komputera kwantowego
Jak już wspomniano, komputer kwantowy jest w stanie przetwarzać jednocześnie kilka rozwiązań jednego problemu poprzez obliczenia równoległe; i jeśli prawdą jest, że do tej pory większość możliwości tych urządzeń nie została jeszcze odkryta, prawdą jest również, że badacze w tej dziedzinie starają się zidentyfikować najbardziej interesujące aspekty praktyczne, które można zaprojektować i wdrożyć w prawdziwym życiu.
Na przykład Grupa Volkswagen, we współpracy z Google, uruchomiła pilotażowy projekt optymalizacji przepływu ruchu drogowego w czasie rzeczywistym, wykorzystując moc komputerów kwantowych Google. Jednocześnie, obliczenia kwantowe mogą znaleźć praktyczne zastosowanie w kryptografii (cyberbezpieczeństwo), prognozowaniu pogody i tworzeniu nowych materiałów.
Chociaż obliczenia kwantowe osiągnęły już bardzo wiele, wciąż jest zbyt wcześnie, aby wyobrazić sobie wszystkie możliwe zastosowania komputerów kwantowych; sam Sycamore, komputer kwantowy Google'a, rozwiązał problem matematyczny o znaczeniu czysto akademickim, bez żadnych praktycznych implikacji. Pozostaje tylko czekać, obserwować i śledzić badania i pracę specjalistów, którzy (prędzej czy później) sprawią, że komputery kwantowe staną się praktyczną rzeczywistością.
Komputer kwantowy Quby
Quby, komputer kwantowy zbudowany przez start-up Active Cypher, został niedawno ujawniony. Jest on w stanie skrócić czas potrzebny do przeprowadzenia ataku brute force, nawet jeśli obecne są algorytmy kryptograficzne, takie jak AES-256. Quby (nazwa pochodzi od qubitu) jest w stanie złamać każdy rodzaj zaszyfrowanego poświadczenia dostępu w ciągu kilku sekund przy użyciu otwartych algorytmów kwantowych.
Mike Quinn, główny strateg w firmie Active Cypher, powiedział, że "moc Quby odsłania nieodłączne słabości większości infrastruktur bezpieczeństwa IT. Korzyści płynące z obliczeń kwantowych będą niewątpliwie liczne (...) ale lekkomyślnością byłoby nie zdawać sobie sprawy z zagrożeń, jakie może nieść ze sobą taka technologia, jeśli wpadnie w ręce złych aktorów."
Komputery kwantowe i sztuczna inteligencja
Komputery kwantowe mogą być w stanie rozwiązywać bardzo złożone zadania, daleko wykraczające poza możliwości tradycyjnych superkomputerów, ale stany kwantowe są niezwykle wrażliwe na zakłócenia pochodzące ze środowiska zewnętrznego, takie jak wibracje i temperatura.
Aby uchronić komputery kwantowe przed tym problemem, opracowano wiele złożonych strategii korekcji błędów, w tym szczególnie fascynującą Floriana Marquardta, dyrektora Instytutu Maxa Plancka ds. Nauki o Świetle, i jego zespołu, który przedstawił system korekcji błędów uczący się przy użyciu technik sztucznej inteligencji.
System ten opiera się na możliwościach sztucznych sieci neuronowych, programów, które mogą naśladować wzajemnie połączone zachowanie neuronów w ludzkim mózgu, oraz na możliwości, że przy odpowiednim treningu sieci te mogą nauczyć się fundamentalnego zadania dla przyszłości komputerów kwantowych, kwantowej korekcji błędów, skutecznie pokonując inne strategie kwantowej korekcji błędów.