Jak wielu z Was wie, jesienią 2019 roku Google i IBM zaczęły toczyć prawdziwą konfrontację między sobą: kiedy przedstawiciele Google zadeklarowali swoją „wyższość kwantową” dzięki pomyślnemu ukończeniu obliczeń kwantowych, IBM niespodziewanie przejął pałeczkę, demonstrując zdolność ich nowego superkomputera do wykonywania obliczeń prawie z taką samą prędkością i znacznie większą precyzją niż komputer kwantowy Google. To nie był pierwszy raz, kiedy ktoś zakwestionował obliczenia kwantowe. W zeszłym roku Michel Dyakonov, fizyk teoretyczny z Uniwersytetu w Montpellier we Francji, przedstawił wiele teoretycznych powodów, dla których praktyczne kwantowe superkomputery nigdy nie zostaną zbudowane. Skąd więc wiesz, kto ma rację, a kto się myli?
Dlaczego tworzenie superkomputerów jest zagrożone?
Komputer kwantowy to niezwykle przydatny wynalazek w tworzeniu sztucznej inteligencji przyszłości, nowych metod kryptografii, a nawet nowych typów baterii. Pomimo całej wszechstronności zastosowania urządzenie może nigdy nie działać z pełną mocą. Do tak mało zachęcających wniosków doszedł francuski badacz Michel Dyakonov, który przez wiele lat pracował nad wdrożeniem obliczeń kwantowych. Naukowiec uważa, że ze względu na nieuchronność przypadkowych błędów w sprzęcie urządzenia jest mało prawdopodobne, aby kiedykolwiek zbudowano naprawdę użyteczne komputery kwantowe.
Aby zrozumieć, dlaczego tworzenie superkomputerów nowej generacji może być zagrożone, musimy najpierw zrozumieć zasady działania tego urządzenia obliczeniowego. Zgodnie z artykułem opublikowanym na theconversation.com, współczesne komputery działają na zasadzie kodu binarnego podczas przechowywania danych, podczas gdy już stworzone urządzenia kwantowe wykorzystują system bitów kwantowych lub kubitów.
Kubity mają szczególne właściwości: mogą istnieć w superpozycji, będąc jednocześnie zerem i jednością, splątane ze sobą, nawet jeśli znajdują się w znacznej odległości od siebie. Takie niezwykłe zachowanie nie jest związane ze światem fizyki klasycznej, ponieważ superpozycja znika natychmiast, gdy eksperymentator wchodzi w interakcję ze stanem kwantowym.
Dzięki superpozycji komputer kwantowy ze 100 kubitami może jednocześnie reprezentować 2100 rozwiązań. W przypadku niektórych zadań ta wykładnicza równoległość może być użyta do stworzenia ogromnej przewagi w szybkości obliczeniowej. Istnieje jednak inne, węższe podejście do obliczeń kwantowych, w którym kubity są wykorzystywane do przyspieszenia problemów optymalizacyjnych. Na przykład firma D-Wave Systems z siedzibą w Kanadzie zbudowała systemy optymalizacji, które używają kubitów właśnie do tego celu, chociaż niektórzy krytycy twierdzą, że powstałe systemy nie działają lepiej niż klasyczne komputery.
Komputery kwantowe firmy D-Wave Systems.
Film promocyjny:
Mimo to firmy i kraje inwestują ogromne sumy pieniędzy w obliczenia kwantowe. Wiadomo, że Chiny zbudowały nowe kwantowe centrum badawcze warte 10 miliardów dolarów, a Unia Europejska opracowała generalny plan badań kwantowych o wartości 1 miliarda euro lub 1,1 miliarda dolarów. Nowa amerykańska ustawa National Quantum Initiative Act przewiduje 1,2 miliarda USD na rozwój informacji kwantowej w okresie pięciu lat.
Możliwość złamania algorytmów szyfrowania jest silnym czynnikiem motywującym dla wielu krajów na całym świecie. Tak więc znajomość systemów szyfrowania wroga mogłaby dać ogromną przewagę w zakresie inteligencji, a jednocześnie przyczynić się do nowych fundamentalnych badań w dziedzinie fizyki, ponieważ współczesne systemy eksperymentalne mają do dyspozycji tylko mniej niż 100 kubitów. Aby uzyskać użyteczną wydajność obliczeniową w superkomputerze, prawdopodobnie będziemy potrzebować maszyn z setkami tysięcy kubitów. Aby urządzenia działały poprawnie, muszą naprawić wszystkie drobne przypadkowe błędy w oprogramowaniu. W komputerze kwantowym takie błędy występują z powodu niedoskonałych elementów obwodu i interakcji kubitów z ich otoczeniem. Z tych powodów kubity mogą stracić spójność dosłownie w ułamku sekundy,co może prowadzić do błędnych wyników z komputera.
Innymi słowy, chociaż superkomputery kwantowe mają prawo istnieć, poprawność ich obliczeń może być dużym pytaniem. A jak myślisz, czy ktoś kiedyś będzie w stanie ujarzmić technologie kwantowe?
Autor: Daria Eletskaya