Narodziny liderów
Komputery kwantowe są bez wątpienia kolejną wielką rewolucją w dziedzinie technologii komputerowych. Wcześniej mieliśmy już kilka zmian paradygmatów i zawsze, kiedy wydawało się, że stukamy w przysłowiowy sufit, strop pękał i odsłaniała się kolejna rewolucja. Komputery mechaniczne, elektromechaniczne, przekaźnikowe, lampowe, tranzystorowe, a ostatnio zbudowane na układach scalonych – każda generacja odegrała swoją kluczową rolę. Teraz w ekspresowym tempie wchodzimy w epokę komputerów kwantowych.
Jeżeli uważasz, że komputery istotnie wpłynęły na rozwój świata, to przygotuj się na duży wstrząs. Komputery kwantowe dokonają rewolucji znacznie szybciej, niż poprzednie generacje i do tego na dużo szerszym horyzoncie zastosowań.
I gdybyś niechcący przegapił ostatnie doniesienia – dokonaliśmy w tej dziedzinie masywnego postępu – w zasadzie skoku w nową rzeczywistość.
W zeszłym tygodniu, podczas Międzynarodowej Konferencji na temat Technologii Kwantowych, odbywającej się w Moskwie, współzałożyciel Rosyjskiego Centrum Kwantowego i szef grupy Lukin z Quantum Optics Laboratory na Uniwersytecie Harwarda, Mikhail Lukin ogłosił, że jego zespół zbudował i z sukcesem uruchomił 51-kubitowy komputer kwantowy. To w tej chwili zdecydowanie najbardziej spektakularne osiągnięcie tej branży, więc tym bardziej ironicznie wyglądało wystąpienie szefa zespołu odpowiedzialnego za budowę 49-kubitowego komputera w Google, które miało miejsce zaledwie kilka godzin później. Nie szukałbym w tej zbieżności czasowej przypadku.
Kwantowy wyścig szczurów
Redakcja Futurism miała możliwość uczestniczyć w tym wyjątkowym wydarzeniu i udało jej się zamienić kilka słów z profesorem Lukinem odnośnie ich osiągnięcia. Wartym odnotowania jest fakt, że jego grupa stoi także za głośnym odkryciem tzw. kryształów czasu (time crystals), które przyciągnęły uwagę mediów na początku roku.
„Zasadniczo rzeczą wyjątkową, która dzieje się z tymi kryształami czasu, jest to, że mogą one być stabilnym stanem materii. Te stany w zasadzie mogą przez długi czas utrzymywać spójność kwantową. Więc w zasadzie oznacza to, że możesz osiągnąć super pozycję stanów. To rodzaj podstawowego składnika dla całej nauki kwantowej i technologii.
Z jednej strony możemy myśleć o wykorzystaniu go w roli pamięci komputerów kwantowych – co do zasady jest prawdą, ale w praktyce … to nie jest takie oczywiste.”
Koniec końców, nadal istnieje wiele niepewności co do tego, jak można i należy tworzyć komputery kwantowe. Jednak wiele podmiotów już dzisiaj ściga się, kto pierwszy stworzy działający komputer, co jeszcze bardziej przyspieszy wykładnicze tempo innowacji technologicznej.
To jest oczywiście dobra rzecz. Zbliżanie się do fizycznej granicy „Prawa Moor’a” nie oznacza, że pogodzimy się z granicą w ilości i szybkości przetwarzaniach danych, lub chociażby zaakceptujemy spowolnienie rozwoju. Fizyczny limit prawa Moore’a pojawia się wtedy, gdy zmniejszamy tranzystory na tyle, że zaczynają w nich zachodzić zjawiska kwantowe. W tej skali nie możemy już polegać na prawach standardowego modelu fizyki. Jako taka, rozwijająca się technologia działająca w skali kwantowej, nie umożliwi liniowego wzrostu mocy obliczeniowej, ale wystrzeli go na wykładnicze tempo.
Zrozumieć komputery kwantowe
Możliwości komputerów kwantowych określa ilość kubitów, które maszyna ma do swojej obliczeniowej dyspozycji. Każdy kubit, który dokładamy do systemu, nie multiplikuje w prosty sposób jego możliwości obliczeniowych o jeden bit, ale zwiększa je wykładniczo.
Dla przykładu, 4 klasyczne bity mogą zapisać 2^4 pozycji, dając w sumie 16 możliwych kombinacji – ale, co bardzo ważne, wasze komputery przetwarzają tylko 1 stan w danej chwili. Natomiast 4 kubity w superpozycji (będące każdą możliwą kombinacją 0 i 1 w tym samym czasie) mogą być we wszystkich 16 stanach naraz, a liczba ta wzrasta wykładniczo z każdym dodanym kubitem.
Oznacza to, że system 20-kubitowy może jednocześnie przechowywać 1 000 000 wartości.
Dzisiaj trudno określić, jaki realny wpływ na możliwości takiej kwantowej maszyny może mieć liczba kubitów. Nie do końca potrafimy sobie w ogóle wyobrazić szerokie ich zastosowanie. Mimo to, zespół Lukina jest w tym wyścigu aktualnie na pozycji lidera.
Zauważa, że wszystko sprowadza się do łamania cyfr: „Zasadniczo jedynym sposobem, w jaki możemy się tego dowiedzieć, jest zbudowanie maszyn o wystarczającej mocy, żeby te algorytmy na nich uruchomić”.
Lukin zapowiedział, że chce użyć swojej technologii do uruchomienia słynnego algorytmu kwantowego Shora – wieszczącego początek końca modeli kryptograficznych. Zaprogramowany nim działający komputer kwantowy niszczy każdy współczesny szyfr w mgnieniu oka. To pozostawia wielu ekspertów w przeświadczeniu, że komputery kwantowe to narzędzie masowego przełomu, jeśli nie destrukcji.
O ile stosunkowo łatwo jest nam sobie wyobrazić postęp czegoś, co znamy (np. coraz mniejsze i szybsze komputery), to nasze mózgi i wyobraźnia pozostają całkowicie bezradne w wymyślaniu zastosowania dla rzeczy, których nie znamy. Nie inaczej jest z komputerami kwantowymi. Wiemy, że będą wydajniejsze, mniejsze, tańsze, ale ciągle ich zastosowania pozostają wielką, ale jednocześnie fascynującą zagadką.
Dziwi to ciebie? Wyobraź sobie, że wsiadasz do maszyny czasu i przenosisz się do lat 50 na MIT. Stajesz przed wielkim komputerem i słyszysz pytanie: „do czego to przerośnięte liczydło będzie komukolwiek potrzebne?”. Czytając ten artykuł na mojej stronie w Internecie powinieneś dobrze rozumieć analogię.
Nie wiemy dzisiaj, w jaki sposób komputery kwantowe zmienią nasz świat, ale wszyscy naukowcy pracujący nad tymi technologiami są pewni jednego – zmiany te będą fundamentalne.
Nowy wyścig zbrojeń
Wszyscy dobrze pamiętamy nieodległe czasy Zimnej Wojny. Wyścig technologiczny pomiędzy Rosją i USA doprowadził bezpośrednio i pośrednio do bardzo wielu przełomów naukowych (bez niego nie byłoby choćby Internetu, misji Apollo, czy twojej mikrofalówki).
Patrząc na dzisiejszy krajobraz naukowy trudno nie odnieść wrażenia, że aktualna sytuacja geopolityczna, podobnie jak kilka dekad temu, wpływa zapalnie na rozwój technologii. Tym razem w wyścigu „zbrojeń” biorą udział nie tylko kraje: USA, Chiny, Korea, czy Rosja; ale także wiele prywatnych firm (Google, SpaceX, Facebook, itp.). To zupełnie nowa sytuacja i bez wątpienia będzie miała przełożenie na efekty. Dopóki walczymy na patenty i prace naukowe, to bardzo mi się to podoba.
Przyszłość rysuje się bardzo obiecująco i na pewno nie przypomina niczego, co do tej pory widzieliśmy.