Technologia kwantowa staje się coraz bardziej realna. Za kilka lat superkomputery pomogą opracować zupełnie nowe materiały i leki

Naukowcom Google udało się skonstruować w pełni funkcjonalny komputer wykorzystujący do przeprowadzania obliczeń matematycznych zjawisko supremacji kwantowej. Urządzenie może się pochwalić niesamowitą wydajnością i jest pierwszym krokiem w stronę technologii nowych prędkości. W ciągu 200 sekund procesor Sycamore przeprowadził obliczenia, które wykonywane za pośrednictwem najszybszego klasycznego superkomputera IBM Summit potrwałyby ok. 10 tys. lat.

– Technologia kwantowa to technologia, dzięki której można wykonać niektóre obliczenia znacznie szybciej. Jest w stanie dać nam odpowiedzi na pytania, których jeszcze nie postawiliśmy, lub takie, na które do tej pory nie odpowiedzieliśmy. Niektóre obliczenia mogłyby nam zająć całe wieki. Google wykonał wyliczenia, które pokazały, że gdybyśmy chcieli przeprowadzić te działania na najszybszym na świecie „standardowym” superkomputerze, zajęłoby nam to jakieś 10 tys. lat. Maszyny Google’a wykonały te obliczenia w zaledwie kilka minut – mówi agencji informacyjnej Newseria Innowacje profesor Jacob Biamonte, ekspert ds. fizyki kwantowej.

Wysoka wydajność obliczeniowa komputerów kwantowych wynika ze sposobu, w jaki przetwarzają informacje. W przeciwieństwie do tradycyjnych komputerów opartych na technologii krzemowej nie operują na bitach, które mogą przybierać wartości binarne. Działają w oparciu o kubity, kwantowe jednostki informacji, które przenoszą znacznie szerszy zasób wartości pośrednich, a co za tym idzie – charakteryzują się zauważalnie wyższą mocą obliczeniową.

Dokonanie kwantowej supremacji przez komputer od Google to ważny krok w stronę technologii nowych prędkości. Inżynierom korporacji udało się zmusić 53 kubity do wygenerowania losowego ciągu cyfr, a następnie zweryfikowania, czy rzeczywiście mamy do czynienia z ciągiem o losowym charakterze. Komputer został skonstruowany z myślą o wykonaniu tego konkretnego zadania, ale w przyszłości podobne konstrukcje mogą być wykorzystanie do przeprowadzania skomplikowanych operacji liczbowych z dziedziny materiałoznawstwa, ekonomii czy kryptografii.

– Najbardziej interesujące i ekscytujące w tej technologii jest to, czego jeszcze nie odkryliśmy, jeśli chodzi o materiałoznawstwo. Chcielibyśmy dowiedzieć się więcej o materiałach, które jeszcze nie do końca poznaliśmy, a których nie da się badać przy pomocy żadnego z komputerów dostępnych obecnie. Komputery kwantowe pozwolą nam odpowiedzieć na wszystkie pytania, a ich wpływ będzie widoczny w wielu branżach – trudno powiedzieć, która z nich będzie pierwszą, ale jedno jest pewne: firmy nie mogą pozwolić sobie na zignorowanie tej technologii – twierdzi ekspert.

Eksperymenty związane z wykorzystaniem komputerów kwantowych prowadzą także inne czołowe korporacje technologiczne. Jednym z głównych rywali Google w tej branży jest firma IBM, która powołała do życia IBM Quantum Computation Center w mieście Poughkeepsie, w stanie Nowy Jork, jednostkę naukową skupioną na badaniach związanych z supremacją kwantową. W projekcie uczestniczą zarówno przedstawiciele świata biznesu, jak i nauki, a głównym zadaniem placówki jest znalezienie komercyjnych zastosowań dla komputerów kwantowych.

Jednym z najnowszych odkryć zespołu IBM w tej dziedzinie jest opracowanie metody na kontrolowanie kwantowego zachowania atomów. Badanie przeprowadzone za pośrednictwem skaningowego mikroskopu tunelowego dowiodło, że istnieje możliwość skonstruowania komputera kwantowego, który w roli kubitów wykorzystywałby pojedyncze atomy, w przypadku tego nowatorskiego eksperymentu – atomy tytanu.

– Musimy pamiętać, że to zupełnie nowa technologia. Ma w sobie słowo komputer, ale rozwiązuje problemy, którymi się dziś zajmujemy, dużo szybciej niż tradycyjny komputer. Przyczyni się do prawdziwej transformacji i bardzo trudno jest przewidzieć jej rozwój, podobnie jak w przypadku Faradaya, który pokazał, że stworzenie silnika elektrycznego jest możliwe. W jego czasach też nikt nie przewidział, że ta technologia stworzy podwaliny komunikacji bezprzewodowej – wskazuje Jacob Biamonte.

Google udało się dokonać kwantowej supremacji, ale jest to dopiero pierwszy krok na drodze do upowszechnienia technologii tego typu. Projekty pokroju Quantum Development Kit mają umożliwić wykorzystanie komputerów kwantowych nie tylko do wykonywania ściśle ograniczonych zadań. Prezes Google Sundar Pichai przewiduje, że w ciągu kilku najbliższych lat powstaną komputery kwantowe nowej generacji, które rozwiążą dotąd nierozwiązywalne problemy ze względu na zbyt długi czas.

Maszyny tego typu mogą usprawnić szyfrowanie danych, stworzyć nowe modele pogodowe, pomóc w projektowaniu nowych leków, przyspieszyć prace związane z opracowywaniem nowych materiałów czy rozszyfrowywanie genomu.

– Głębokie kwantowe sieci neuronowe zwiększają możliwości maszyny w zakresie przewidywania i dzięki temu uczy się ona znacznie szybciej. Mamy zupełnie nowy model koncepcyjny, który tak bardzo różni się od dzisiejszych komputerów, że w zasadzie nie da się go z nimi zestawić. Pytania, które obecnie zadajemy, będą musiały się zmienić. To bardziej filozofia, nie fizyka, a to bardzo rzeczywiste ucieleśnienie idei jest wciąż bardzo trudne do wyjaśnienia. Technologia bardzo zmieni sposób spojrzenia na świat i nie powinniśmy jej lekceważyć, bo wtedy bylibyśmy tacy jak nasi przodkowie, którzy w momencie odkrycia elektryczności nie mieli narzędzi do korzystania z niej – podsumowuje Jacob Biamonte.

Według analityków z firmy MarketsandMarkets wartość globalnego rynku obliczeń kwantowych w 2019 roku wyniosła 93 mld dol. Przewiduje się, że do 2024 roku wzrośnie do 283 mld dol. przy średniorocznym tempie wzrostu na poziomie 24,9 proc.