Mój artykuł w BUSINESS INSIDER z dnia 17 września 2018 roku.
Dlaczego komputery kwantowe budzą ostatnio tak duże emocje? Być może dlatego, że jesteśmy coraz bliżej granicy możliwości obliczeniowych komputerów opartych na znanych nam od dawna tranzystorach. Ograniczenia te wynikają z zasad fizyki, uniemożliwiającej nam na jeszcze większe zagęszczenie układów w procesorach.
Staruszek komputer oparty na tranzystorach …
Współczesne procesory składają się z miliardów tranzystorów wielkości kilku nanometrów zgrupowanych na bardzo małej powierzchni. Według prawa Moore’a liczba tranzystorów w mikroprocesorze podwaja się mniej więcej co dwa lata. Niestety wzrost mocy obliczeniowych w procesorach uległ ostatnio spowolnieniu. Powoli osiągamy bowiem granice technologiczne “upakowania” coraz większej liczby tranzystorów na tak małych powierzchniach. Granica, której fizycznie przekroczyć się nie da, to tranzystor o rozmiarze pojedynczego atomu oraz pojedynczy elektron służący do przełączania jego stanu z 0 do 1.
… i jego młodszy brat, komputer kwantowy
W przypadku komputera kwantowego mówimy o wykorzystaniu stanu pośredniego, czyli wyjściu poza schemat dwóch przeciwnych wartości. Kubit (od bitów kwantowych) – bo tak się nazywa jednostka urządzeń kwantowych – może przyjmować jednocześnie wartość 0 i 1, a będąc precyzyjnym – może przyjmować nieskończoną liczbę stanów między 0 a 1. Taki stan nazywa się superpozycją. Dopiero podczas sprawdzenia wartości kubita, przyjmuje on jeden z dwóch stanów podstawowych – 0 lub 1.
Wydaje się, że to mała różnica, jednakże kubit znajdujący się w stanie superpozycji może podczas obliczeń wykonywać wiele poleceń jednocześnie. Pomagają nam tu podstawowe zasady fizyki kwantowej. Fizycznie kubit może być reprezentowany przez dowolny układ kwantowy o dwóch różnych stanach podstawowych: na przykład spinu elektronu lub atomu, dwóch poziomów energetycznych w atomie, czy dwóch poziomów polaryzacji fotonu – pionową i poziomą.
Ta całkowicie abstrakcyjna sytuacja nabiera realności, gdy zaczynamy mówić o użyciu komputera kwantowego. Potrafi on liczyć nawet setki tysięcy – a w założeniu miliony – razy szybciej od urządzeń zbudowanych w oparciu o zaawansowane podzespoły krzemowe! Idealne zastosowanie dla takiej maszyny to rozpoznawanie obiektów z ogromnego zasobu zdjęć, obliczenia na dużych liczbach, czy szyfrowanie i łamanie szyfrów. Operując na danych matematycznych, tę różnicę w wydajności między kwantowym a tradycyjnym komputerem możemy teoretycznie zwiększyć nawet do poziomu 1:18 000 000 000 000 000 000 razy!
Algorytmy probabilistyczne
Tworzenie algorytmów kwantowych jest bardzo trudne, bo muszą one być opracowywane w oparciu o zasady mechaniki kwantowej. Algorytmy wykonywane przez komputer kwantowy działająw oparciu o zasady prawdopodobieństwa(nazywamy je algorytmami probabilistycznymi). Oznacza to, że uruchamiając ten sam algorytm na komputerze kwantowym dwukrotnie, ze względu na losowość samego procesu, można otrzymać różne wyniki.Z tego wniosek, że – upraszczając – dla uzyskania wiarygodnych wyników obliczenia należy uwzględniać zasady prawdopodobieństwa.
Brzmi to jak bardzo skomplikowany proces. I niestety tak jest. Komputery kwantowe nadają się do bardzo wyspecjalizowanych, określonych obliczeń – algorytmów, które pozwolą zaprzęgnąć całą ukrytą w nich moc. Najbardziej powszechne zastosowania algorytmów probabilistycznych to test Millera-Rabina do sprawdzania, czy liczba jest pierwsza (z szerokim zastosowaniem w kryptografii) oraz Quicksort, szybki algorytm sortowania liczb. To wszystko oznacza, że komputery kwantowe nie pojawią się na każdym biurku i w każdym domu.
Jednak bez względu na to, ile czasu potrzebujemy na uzyskanie danego wyniku pracy algorytmu, możemy już dzisiaj wyobrazić sobie sytuację, w której do rozwiązania konkretnego problemu angażujemy maszynę kwantową.
Przeczytaj więcej w pełnym artykule.
Powiązane artykuły
– Blockchain może przemeblować nasze życie
– Komputer kwantowy – pogromca blochchain?
– Machine Learning. Komputery nie są już niemowlętami
– Blockchain, czyli ostateczny krach systemu finansowego
– Blockchain – święty Graal systemu finansowgo?
– Co to jest blockchain? Wszystko co trzeba o nim wiedzieć
– Blockchain ma potencjał do wzruszenia podstawowych filarów naszego społeczeństwa
AKieszko
W historii powstało wiele urządzeń, narzędzi czy choćby leków, które działały choć ówcześni nie rozumieli ich działania na każdym poziomie. Mongołowie np. nie mieli materiałoznawców wyjaśniających działanie naprężeń w materiałach a robili genialne łuki kompozytowe. Bo to nie zawsze ma znaczenia. Jeśli uda się zewnętrznie oszacować i sterować działaniem, można zbudować. Przyjdzie czas i na badania. Oczekiwanie, że najpierw wyjaśni się wszystkie zagadki wszechświata a potem dopiero zacznie budować jest po prostu naiwne. Poznawanie wymaga narzędzi. Dlatego poznawanie i konstruowanie zachodzi jednocześnie wzajemnie się wspierając.
AKieszko
Większość dzisiejszej elektroniki działa dzięki zjawiskom z mechaniki kwantowej, choć być może, a raczej na pewno nigdy nie poznamy do końca jej praw. Nie rozumiemy zjawiska splątania kwantowego, a tymczasem już od lat 80 potrafimy (jako ludzkość oczywiście) przeprowadzać eksperymenty które je potwierdzają. Starożytni nie mieli pojęcia w jaki sposób tarcie kijem o drewno powoduje rozpalenie płomienia.
Piotr
Nestety ale to nie dla wszystkich. Układy kwantowe muszą być przechowywane w izolowanym środowisku, w temperaturze bliskiej zeru bezwzględnemu. Niewyobrażalny wprost wzrost wydajności okupiony jest skomplikowanym procesem zabezpieczania funkcjonowania systemu. Chociażby z tego powodu trudno sobie wyobrazić, by komputery kwantowe mogły pojawić się jako element technologiczny w przedsiębiorstwach.
Zwierzak
Dzięki splątaniu kubitów komputer kwantowy może wykonywać obliczenia na wszystkich wartościach jednocześnie, w przeciwieństwie do tradycyjnego komputera, który realizuje operacje w określonej kolejności – jedna za drugą.
Piotr91AA
Chińczycy zainwestują do 2020 roku 10 miliardów dolarów w informatykę kwantową. To kilkakrotnie więcej, niż na tego typu działania wydaje cała Europa.
MJarosz99
Jak na razie to ledwie jestesmy w stanie zapobiegac samoistnej dekoherencji systemow kwantowych i zupelnie nie wiemy jak radzic sobie z tym, ze uklad kwantowy ulega dekoherencji w chwili odczytania jego stanu (cos na zasadzie autozniszcenia tranzystorow w CPU po wykonaniu jednej operacji i podaniu wyniku).
AndrzejP34
Niby kwantowe, to znaczy klasyczne bramki symulujące stan super pozycji. Tak od zawsze się dzieje, że najpierw jest coś symulowane by sprawdzić możliwości. Oraz założenia, spodziewany efekt. To jednak bardziej komplikuje konstrukcję. Czyli mniej jest efektywnego zastosowania takiej elektroniki. Rośnie jej złożoność, a maleje przepustowość. Czy zatem gra warta świeczki? Według prognoz, to sam efekt kwantowy ma lawinowo zwiększyć wydajność obliczeń. Czyli zniwelować straty mocy obliczeniowej, powstałe wskutek bardziej złożonych systemów konstrukcyjnych. W stosunku do mocy obliczeniowej tradycyjnie złożonych konstrukcyjnie układów. Czyli moc obliczeniowa powinna wzrosnąć już po zastosowaniu bramek typu super pozycji. Tak że klasyczny układ, o podobnej złożoności technicznej, miałby jednak mniejsza moc obliczeniową. To założenia, czy są potwierdzone? Wypadało by o tym napisać. To do autora tematu. Bo że technika typowo w kwantowym wydaniu, była by wielkim postępem to nie ulega wątpliwości. Sprawa tylko, a raczej aż opracowań konstrukcyjnych takich systemów. Jak dotąd to zasady pracy w bardzo niskich i super stabilnych temperaturach, ograniczają takie systemy do stosunkowo jeszcze małej wydajności. Tu może z pomocą by przyszła przestrzeń kosmiczna. Gdzie jest już z zasady bardzo niska temperatura. Więc komputery kwantowe w przestrzeni kosmicznej, bardziej by miały sens swego istnienia. A my spijalibyśmy tylko owoce ich pracy, łącząc się z komputerami satelitarnymi. Bo tak należało by je nazwać. No trochę pofantazjowałem, bo sam nie buduję przynajmniej jeszcze komputera kwantowego.
TomaszKik
Nie da sie złamać zasad fizyki – mozna je odkryć, zmienić
Jacek Krasko
Dobry wpis
Zwierzak
Generalnie fajnie patrzeć na raporty oceniające różne technologie. Co z tego że rozwój tego rynku jest obiecujący ??? Obecnie mamy wyzwania globalne. Np. Zmiany klimatu i ograniczenia zużycia surowców i energii oraz zmniejszenie emisji co2. Jestem za podejściem gdzie dowolna technologia zweryfikowana jest w modelu, który wskaże jak generuje korzyści biznesowe i klimatyczne … A nie tylko biznesowe. Nadto produkcja dowolnych urządzeń zużywa nam zasoby i energię, których mamy coraz mniej 🙁 Więc paradoksalnie rozwój i potencjał każdej technologi stoi w sprzeczności z wieloma kontekstami w tym np. ryzyk dot. Climate Change.
JacekPlacek5
Zagrożenie ze stromy kom kwantowych jest duże. Ale zagrożenie ze strony AI wg mnie jest inne. Dzięki niej możesz bardzo szybko przetworzyć duże ilości danych i wyciągać wnioski, aby wymuszać pewne działania. Tak jakbyś miał super umysł, to jest większe zagrożenie 🤷♂️ Problemem oczywiście jest dostępność danych.
AndrzejP34
Super temat !!!
PiotrPawlow
O ! I znowu bardzo ciekawy wpis. Wszyscy zachwycają sie mozliwościami tej technologi. Ciekawe na ile jest w tym marketingu