Komputer kwantowy

Komputer kwantowy

Wynalazek, który pozwoli wyleczyć wszystkie rodzaje nowotworów, symulować DNA człowieka, złamać najtrudniejszy szyfr, wykonać zaawansowane analizy finansowe. To wizja, która brzmi nieprawdopodobnie, jednak tak naprawdę jest na wyciągnięcie ręki. Stoimy u progu nowej, niezwykłej technologii. Jest nią komputer kwantowy.

Prace nad komputerem kwantowym prowadzą największe firmy technologiczne. IBM, Microsoft, Google i wielu innych gigantów zapowiada wprowadzenie innowacyjnych rozwiązań, które jeszcze kilka lat temu były marzeniem ściętej głowy. Obliczenia kwantowe znajdą zastosowanie w wielu sektorach gospodarki. Wyjaśnijmy, jak działa komputer kwantowy i czym jest kubit.

Mechanika kwantowa dla opornych

Mechanika kwantowa, czyli inaczej teoria kwantowa, jest oczywiście każdemu z nas świetnie znana. Była dokładnie omawiana na lekcjach fizyki, pamiętacie? Jeśli jednak ślad w pamięci się zatarł, uporządkujmy najważniejsze fakty. To ważne, bo komputer kwantowy prowadzi obliczenia właśnie na zasadach mechaniki kwantowej. Teoria ta opisuje świat mikroskopowy – atomy, cząstki elementarne – choć znajduje również zastosowanie w zjawiskach makroskopowych. Stosuje się ją do zjawisk zachodzących w mikroświecie, czyli tam, gdzie mechanika klasyczna (oparta na prawach ruchu, czyli zasadach dynamiki) nie sięga. Początki fizyki kwantowej datuje się na 1900 rok, w którym Max Planck wprowadził do fizyki pojęcie kwantu energii. Pięć lat później Albert Einstein wprowadził pojęcie zjawiska fotoelektrycznego, a w 1913 roku powstał pierwszy kwantowy model atomu – jego autorem był Niels Bohr. Teoria ewoluowała na przestrzeni lat, znajdując zastosowanie w wielu innowacyjnych rozwiązaniach – w tranzystorze, zegarze atomowym, laserze, ogniwach słonecznych, kryptografii kwantowej, a w końcu – w komputerze kwantowym.

Mechanika kwantowa to świat mikrocząstek

https://www.granicenauki.pl/nowa-mechanika-kwantowa-prosta-jasna-i-zrozumiala-25913

Kubit kontra bit

Tradycyjne komputery przetwarzają informacje za pomocą bitów, czyli jednostek przyjmujących jedną z dwóch wartości – 0 lub 1. Dane zapisują się w systemie binarnym. W praktyce oznacza to, że jeden bit przedstawia tylko dwa możliwe stany – nie ma nic pomiędzy. Zupełnie inaczej sprawa ma się z komputerami kwantowymi, które używają kubitów (bitów kwantowych). Kubit, tak jak bit, również przedstawia wartość 0 lub 1, ale na tym jego moc się nie kończy – może przyjmować także wszystkie pośrednie pozycje. Wyjątkowe właściwości zamknięte w kubitach sprawiają, że możliwe będzie równoległe wykonywanie wielu obliczeń. Nawet najlepsze algorytmy w tradycyjnych komputerach nie będą porównywalne do tych, którymi będą dysponowały komputery kwantowe. Procesy szybsze od prędkości światła, potężna moc obliczeniowa oraz perspektywa zapisu ogromnych ilości danych to coś do tej pory niewyobrażalnego. Tyle teorii. Z kubitami wiążą się dwa pojęcia, o których przeczytamy także w każdym podręczniku mechaniki kwantowej – superpozycja i splątanie.

Kubit może przyjmować superpozycję

https://www.spidersweb.pl/2020/05/ibm-quantum-komputer-kwantowy.html

Komputer kwantowy to nie tylko orzeł i reszka

Intel porównał mechanikę klasyczną do monety – awers i rewers odpowiadają dwóm wartościom systemu binarnego, czyli 0 lub 1. Gdy rzucamy monetą, mamy dwie opcje – wypadnie orzeł albo reszka. I już. W mechanice kwantowej wygląda to zupełnie inaczej. Moneta stale wiruje, przybiera niezliczoną ilość różnych pozycji. Może nawet pokazywać obie wartości (0 i 1) dokładnie w tym samym czasie. To właśnie jest superpozycja. Jeden kubit to jednak za mało, by zrewolucjonizować świat, dlatego w komputerach kwantowych kubity łączą się ze sobą. Jeśli przyjmiemy, że jeden kubit prezentuje dwa stany, to dwa połączone kubity prezentują cztery. Im więcej kubitów się ze sobą łączy, tym więcej jest stanów. Zwiększają się one w postępie geometrycznym, w związku z czym nie mogą być traktowane niezależnie. Przybierają wówczas postać splątanego superstanu. Stany kwantowe trwają bardzo krótko, co oznacza, że są dość nietrwałe, a w konsekwencji – nie można ich klonować.

Komputer kwantowy to ogromne moce obliczeniowe

https://www.benchmark.pl/aktualnosci/co-to-jest-komputer-kwantowy-podstawy-wideo.html

Czy komputer kwantowy zmieni losy świata?

Komputery kwantowe cechować będzie ogromna moc obliczeniowa. W ciągu kilku sekund będą potrafiły wykonać obliczenia, które klasyczny komputer przeprowadzałby dużo dłużej, nawet parę lat. Z tego powodu znajdą zastosowanie w wielu sektorach gospodarki. Skorzystają z nich przedsiębiorstwa związane z bankowością i finansami, gdzie będą wykonywać skomplikowane analizy finansowe, minimalizować ryzyko inwestycyjne, a w przyszłości – być może – symulować zachowania giełdy. Największe obietnice wiążą się jednak z sektorem farmaceutycznym – komputer kwantowy mógłby odkrywać nowe materiały i leki. Jest to szczególnie ważne w przypadku chorób uważanych dzisiaj za nieuleczalne – zwłaszcza niektórych nowotworów złośliwych. Wprowadzana technologia to także perspektywa stworzenia zaawansowanej sztucznej inteligencji. Największe globalne przedsiębiorstwa, w tym IBM i Google, już zaprezentowały pierwsze komputery. Choć jesteśmy dopiero na początku drogi, badania nad komputerem kwantowym cały czas trwają. Trudno nawet prognozować, w jak wielu dziedzinach naszego życia znajdzie zastosowanie. Zmieni nasz świat. I to już za niedługo.