Kliknąłeś w wilka brawo !

Chociaż komputer kwantowy kojarzy się dzisiaj wszystkim z opowiadaniem science fiction – i to pomimo tego, że pierwsze takie maszyny już działają – to za 5 do 10 lat takie systemy obliczeniowe mogą gremialnie wkroczyć do centrów danych.

Dostępne obecnie komputery kwantowe są co prawda w stanie wykonywać pewne specyficzne zadania szybciej od standardowych komputerów opartych na krzemowych układach scalonych, ale daleko im do doskonałości i tak naprawdę mają szereg ograniczeń.

Analitycy są jednak pewni, że w momencie gdy zostaną udoskonalone i wejdą do powszechnego użytku, zrewolucjonizują całkowicie centra danych i zmienią sposób prowadzenia biznesu. Z czasem być może wkroczą też do naszych domów, gdzie zastąpią pecety i inne osobiste systemy elektroniczne oraz obliczeniowe.

Duże dokonania ma w tym obszarze kanadyjska firma D-Wave Systems, która zbudowała jak dotąd chyba najbardziej zaawansowany technologicznie komputer kwantowy, nadając mu nazwę D-Wave 2X. Był on przez ostatnie miesiące testowany przez amerykańską agencję kosmiczną NASA i firmę Google. Ogłosiły one niedawno, że komputer D-Wave 2X jest w stanie rozwiązać pewien specyficzny problem bardzo szybko, pracując wtedy nawet 100 mln razy szybciej od standardowego komputera wyposażonego w jednordzeniowy procesor.

Przedstawiciel firmy Google zakomunikował natomiast na początku grudnia, że kwantowy komputer D-Wave poradził sobie z pewnym problem w ciągu jednej sekundy. Biorąc pod uwagę fakt, że standardowy komputer musiałby takie obliczenia wykonywać przez 10 tys. lat, informacja taka robi wrażenie.

Komputery kwantowe – takie jak D-Wave – pokazują swoje niesamowite możliwości szczególnie wtedy, gdy obsługują aplikacje optymalizujące określone procesy. Są to aplikacje, które muszą wykonywać olbrzymią ilośc rutynowych obliczeń. Komputery kwantowy biją wtedy na głowę standardowe systemy obliczeniowe.

Dlatego naukowcy z różnych dziedzin pokładają duże nadzieje w komputerach kwantowych. I tak np. lekarze sądzą, że dzięki nim będą w stanie skutecznie zwalczać wiele groźnych chorób, takich jak rak czy choroba Alzheimera. Mogą też posłużyć do budowania niezwykle skutecznych zapór chroniących systemy IT przed atakami hakerów czy tworzenia ośrodków badających kosmos.

Tak czy inaczej doniesienia agencji NASA i Google’a świadczą o tym, że moment gdy komputer kwantowy wkroczy pewnego dnia do naszego centrum danych nastąpi szybciej niż to się nam wydaje. Zachęcone wynikami ostatnich testów, NASA i Google podpisały z firmą D-Wave kolejną umowę. Przewiduje ona, że wszystkie trzy podmioty będą wspólnie pracować przez następne siedem lat nad zbudowaniem komputera kwantowego kolejnej generacji. Komputera, który będzie z powodzeniem obsługiwać aplikacje wspierające technologie AI (Artificial Intelligence; sztuczna inteligencja) i ML (Machine Learning; maszynowa nauka).

Prace nad komputerami kwantowymi prowadzą też inne firmy, w tym taki potentat w tej dziedzinie, jak IBM. Korporacja poinformowała kilka miesięcy temu, że rozwiązała dwa kluczowe problemy z dziedziny fizyki kwantowej, co pozwoli jej zbudować szybciej taki komputer. Big Blue odnotował też inny sukces. Rządowa organizacja Intelligence Advanced Research Projects Activity (wchodząca w skład agencji wywiadowczej Office of the Director of National Intelligence) przyznała jej wielomilionowy grant, który przyspieszy prace na komputerem kwantowym.

Washington Post pisał natomiast niedawno, że również NSA pracuje nad komputerem kwantowym (pisaliśmy o tym tutaj). Agencja ma nadzieję, że będzie on w stanie odczytywać wszystkie zaszyfrowane dane przesyłane przez Internet. Program nosi nazwę “Penetrating Hard Targets” i NSA wyasygnowała na ten cel blisko 80 mln USD. Powód - komputer kwantowy tę zaletę, że może obsługiwać bardzo szybko pewien specyficzny kwantowy algorytm, dzięki któremu jest w stanie efektywnie łamać szyfry RSA.

Warto w tym momencie przypomnieć, że prawa obowiązujące w fizyce kwantowej są trudne do wyjaśnienia. Tak trudne, że mają z tym problemy nie tylko zwykli użytkownicy, ale również sami naukowcy. Jak bowiem wyjaśnić fakt, że kubit (podstawowy nośnik informacji stosowny w komputerze kwantowym) zachowuje się zupełnie inaczej niż klasyczny nośnik jakim jest bit. Jak wiemy, bit przybierać tylko dwa stany – może być wyłącznie jedynką lub zerem.

W przypadku kubitu wcale tak nie jest – i chociaż brzmi to dla wielu niedorzecznie i jest niezrozumiałe – kubit może być jednocześnie zerem i jedynką. Jest to możliwe dlatego, gdyż w fizyce kwantowej obowiązują inne prawa niż w klasycznej fizyce. Właśnie dlatego mając trzy bity możemy uzyskiwać za każdym razem jedną z ośmiu wartości (dwa do potęgi trzeciej), a trzy kubity mogą reprezentować w tym samym czasie wszystkie te wartości. Trudne do zrozumienia, ale fizycy kwantowi zapewniają, iż jest to możliwe.

Jest to tak trudne do zrozumienie iż niektórzy nawet sugerują, że D-Wave nie jest w prawdziwym tego słowa znaczeniu komputerem kwantowym, ale tylko po części bazuje na fizyce kwantowej. Pisaliśmy o tym szerzej- jak również o innych najnowszych technologiach stosowanych w tym obszarze, takich jak np. o zjawisku kwantowego wyżarzania - tutaj.

W materiale tym piszemy też o innych ciekawych zjawiskach zachodzących w kwantowych komputerach, takich jak kwantowe splątanie czy tunelowanie. Szczególnie ważny jest tu mechanizm kwantowego tunelowania, dzięki któremu - w połączeniu z technologią kwantowego wyżarzania – poszczególne kubity wiedzą jakie procesy zachodzą w pozostałych kubitach wchodzących w skład danego zbioru.

Podsumowując można powiedzieć, że pomimo tego iż prace nad komputerami kwantowymi postępują wolniej niż można się było tego spodziewać wcześniej, to cały czas postępują i być może w 2020 roku komputery takie wkroczą na dobre do systemów IT.