Komputery kwantowe mają w teorii umożliwić o wiele szybsze i efektywniejsze rozwiązywanie problemów niż ma to miejsce przy użyciu klasycznych komputerów. Te funkcjonują w oparciu o używanie bitów: 0 i 1. Komputery kwantowe korzystają z tzw. stanu pośredniego – oznacza to, że kubit (bit kwantowy) może przyjmować jednocześnie zarówno wartość 0, jak i 1. Dzięki temu potencjał obliczeniowy komputera kwantowego jest naprawdę ogromny.
Czym są komputery kwantowe?
Komputery kwantowe są opisywane za pomocą mechaniki kwantowej jako układy fizyczne. W efekcie ewolucja układu ma odzwierciedlać rozwiązanie problemu obliczeniowego. Co to oznacza w praktyce? Podstawą budowy komputera kwantowego są tzw. kwantowe bramki logiczne. W tym przypadku kwantowy bit (kubit) nie będzie wyrażany w postaci 0 lub 1. Kubit może przyjmować wartości zarówno 0, jak i 1 jednocześnie. Precyzując, może być wyrażany w nieskończonej liczbie stanów pomiędzy 0 i 1, co oznacza superpozycję – kubit może w tym samym czasie wykonywać wiele poleceń jednocześnie.
Nauka
W praktyce komputery kwantowe mają dokonywać obliczeń o wiele szybciej niż tradycyjne komputery, nawet o miliony razy. Łamanie i szyfrowanie danych mogłoby wskoczyć na niebotyczny poziom. Algorytmy służące do ochrony połączeń aplikacji mobilnej bankowości oraz przeglądarek internetowych mogłyby zostać natychmiast złamane z wykorzystaniem komputerów kwantowych.
Warto wiedzieć, że każdy problem rozwiązany przez komputer kwantowy zostałby rozwiązany przez ten klasyczny. Chodzi głównie o szybkość. Dobrze odzwierciedla to przykład kwantowego algorytmu Shora (służy do rozbijania liczb na czynniki pierwsze). Wykonanie tego algorytmu na klasycznym komputerze dla kilkudziesięciu liczb przekroczyłoby przeciętną długość życia człowieka. Ten przykład dobrze odzwierciedla szybkość komputerów kwantowych, które poradziłyby sobie z tym nawet w kilka godzin. Kiedy zaczęto rozważania nad komputerami kwantowymi? Możliwości zbudowania takiego komputera brano pod uwagę już na początku lat 80. Pierwsza teoria działania takiej maszyny została stworzona pod koniec lat 80. Jednak dopiero w 2009 roku na zlecenie Google powstał komputer kwantowy wyszukujący grafiki. Komputer kwantowy stworzyła firma D-Wave Systems. Komputery kwantowe są połączone z rozwojem informatyki kwantowej. To dziedzina łącząca mechanikę kwantową i oczywiście informatykę. Celem informatyki kwantowej jest wykorzystanie właściwości układów kwantowych do przesyłania i obróbki informacji. Sukcesem tej dziedziny jest zaprezentowanie komputera kwantowego.
Komputery kwantowe - jak jest ich cena?
Z pewnością można się zastanawiać, ile kosztuje komputer kwantowy. W końcu firma D-Wave Systems sprzedała taką maszynę gigantowi technologicznemu – Google. Jaka była cena tego komputera kwantowego? Google zapłaciło aż 15 milionów dolarów. Co ciekawe, ta sama firma sprzedała komputer kwantowy już w 2011 roku, a firma Lockheed-Martin zapłaciła 10 milionów dolarów. Uzasadnieniem tak wysokiej ceny mogą być warunki, w jakich powinny pracować komputery kwantowe. Po pierwsze chłodzenie powinno utrzymywać temperaturę na poziomie 0,004 Kelvina, czyli nieco ponad –273℃. Po drugie komputery kwantowe powinny być umieszczone w próżni o ciśnieniu większym o kilka miliardów niż ciśnienie atmosferyczne. Google pracuje nad możliwościami mocy obliczeń kwantowych, podobnie, jak IBM i Microsoft. IBM opracował dostęp do komputera kwantowego za pośrednictwem chmury – nawiązana została współpraca z dużymi korporacjami oraz instytucjami finansowymi. W ofercie IBM znajduje się 20-kubitowy komputer.
Warto wiedzieć, że 50-kubitowe komputery kwantowe mogą poradzić sobie z zadaniami, jakim klasyczny komputer nie podoła. Z komputerami kwantowymi nadzieje wiążą m.in. banki oraz instytucje finansowe w celu minimalizowania ryzyka inwestycyjnego (m.in. funduszy emerytalnych). Komputery kwantowe mogą być kluczowe dla rozwoju branży farmaceutycznej. Maszyny umożliwią lepsze zrozumienie struktur chemicznych leków. Rozwój informatyki kwantowej, jak i komputerów kwantowych ciągle trwa.
W ciągu kilku lat komputery kwantowe powinny zostać wprowadzone na rynek do usprawnienia pracy wielu sektorów. Świadczą o tym chociażby inwestycje Chińczyków. Chiny mają zainwestować około 10 miliardów dolarów w rozwój informatyki kwantowej i to wszystko ma się stać do końca 2020 roku.
Zobacz także:
- Era youtuberów i mediów społecznościowych. Jak zmienił się świat w ciągu dekady?
- Komputer kwantowy od Google - jak działa? 3 minuty obliczeń zamiast 10 tys lat
- Chłodzenie wodne komputera sposobem na problemy z nadmiernym przegrzewaniem się podzespołów
Autor: Adrian Adamczyk
Źródło zdjęcia głównego: hh5800/Getty Images