Obliczenia kwantowe czyli witamy w przyszłości

Transformacja technologiczna dała początek szybkim zmianom w dzisiejszym świecie. Świecie, w którym umiejętność korzystania z technologii cyfrowej postrzega się już jako narzędzie niezbędne do usunięcia luk w rozwoju gospodarczym i społecznym. Krótko mówiąc, żyjemy w społeczeństwie, w którym rozwój technologiczny to klucz do postępu. A obliczenia kwantowe zajmują w nim strategiczną pozycję.

Obecnie praktycznie wszystkie procesy, jakie wykonuje komputer, opierają się na systemie binarnym, to znaczy na systemie zer i jedynek. Jednak cyfr tych nie można już łączyć w kombinacje w celu przechowywania lub przetwarzania informacji.

Na podstawie tego pomysłu wielu naukowców od dawna próbuje dokonać następnego skoku w rozwoju nauki stosując obliczenia kwantowe. Mówi się, że w nadchodzących latach przejdziemy od życia w erze cyfrowej do życia w erze kwantowej. Będzie to nowa fala technologiczna zdolna do przekształcenia wszystkich istniejących modeli.

W tym artykule przeanalizujemy, na czym polega ta koncepcja obliczeń kwantowych. Zastanowimy się też jakie zalety będzie miała ta technologia o dużym potencjale w wielu dziedzinach, która położy kres epoce technologicznej.

Podstawowe pojęcia pozwalające zrozumieć czym są obliczenia kwantowe

Na przestrzeni całej historii człowiek badał funkcjonowanie przyrody poprzez naukę, opracowując w ten sposób nowe technologie. Na początku XX wieku badania niektórych zjawisk fizycznych doprowadziły do ​​powstania mechaniki kwantowej, która wyjaśnia, jak działa mikroskopijny świat.

Dzięki tym postępom odkryto, że mikroskopijny świat działa w sposób przeciwny do intuicyjnego. Oznacza to, że mamy do czynienia z innym światem, w którym dochodzi do zupełnie innych zdarzeń niż te, które występują w świecie makroskopowym. Wśród tych wydarzeń warto podkreślić choćby niektóre:

• Superpozycja kwantowa. Proces opisujący zdolność cząstki do przebywania w kilku stanach jednocześnie.
• Splątanie kwantowe. Dwie oddzielne cząstki mogą być powiązane, tak że podczas interakcji zyskują cechę polegającą na tym, że stan całego układu jest lepiej określony niż stan jego części.
• Teleportacja kwantowa. Wykorzystuje splątanie kwantowe, aby móc wysyłać informacje z jednego miejsca do drugiego bez konieczności przemieszczania się.

Technologie kwantowe byłyby oparte na tych zasadach kwantowych, które przedstawia natura subatomowa. W ten sposób zrozumienie mikroskopijnego świata pozwala nam projektować technologie, które w przyszłości będą w stanie poprawić ludzkie życie.

Co to są obliczenia kwantowe?

Jak już wspomniano, klasyczne obliczenia komputerowe odbywają się w języku binarnym. Za każdym razem, gdy wchodzimy w interakcję z urządzeniem, tworzą się ciągi zer i jedynek, zwane bitami. Następnie podlegają modyfikacji lub zniszczeniu.

Obliczenia kwantowe wykorzystują natomiast kubity jako podstawową jednostkę informacji. Kubity, w przeciwieństwie do bitów, mogą znajdować się w dowolnym z nieskończonych stanów pośrednich od 0 do 1. Zjawisko to znane jest jako superpozycja kwantowa.

Dlatego musimy podkreślić, że ta zmiana systemu nie spowodowałaby, że komputery kwantowe działałyby tak samo jak obecne tylko szybciej. Chodzi tu raczej o to, że algorytmy kwantowe pozwalają na wykonywanie operacji w zupełnie inny sposób. Na przykład komputer kwantowy mógłby złamać całą używaną dziś kryptografię.

Znaczenie obliczeń kwantowych

Istnieją już technologie wykorzystujące zjawiska kwantowe, takie jak lasery lub rezonans magnetyczny. Większy postęp w tej technologii będzie miał przekrojowy wpływ praktycznie we wszystkich sektorach.

Na przykład przetwarzanie kwantowe zagraża uwierzytelnianiu, wymianie i bezpiecznemu przechowywaniu danych, co ma bardzo istotny wpływ na bezpieczeństwo cybernetyczne lub technologię blockchain.

Może jednak również zwiększyć sztuczną inteligencję, zapewnić lepsze utrzymanie poufności w łączności wojskowej lub pozwolić okrętom podwodnym na nawigację bez polegania na sygnałach z satelitów.

Przemysł chemiczny mógłby wykorzystać tę technologię do projektowania nowych leków i materiałów, a także do symulacji reakcji składników fizycznych. Sektor logistyczny natomiast mógłby poprawić dystrybucję towarów.

Zatem, jeśli obietnica komputerów kwantowych się spełni, będziemy pierwszą generacją, która doświadczy niespotykanego skoku mocy obliczeniowej. Na razie jednak inwestycja w laboratoria pochłania ogromne środki.

Na szczeblu rządowym istnieje duże zainteresowanie tymi badaniami. W 2017 roku Stany Zjednoczone zainwestowały 241 mln USD w obliczenia kwantowe, a Chiny i Europa podjęły inicjatywy o wartości około 1,1 mld USD. Jak widać jest to sektor technologiczny, w którym wszystkie mocarstwa chcą mieć swój duży udział.

Jednak komputery kwantowe są nadal trudne do zbudowania, odpowiedniego ulokowania i programowania. Pomimo faktu, że na rynku istnieje kilka modeli komputerów kwantowych, nie opracowano jeszcze żadnego, który przewyższałby klasyczne komputery. W ten sposób walka o tak zwaną „przewagę kwantową” wciąż trwa.