Business Insider: Czy komputery kwantowe pozwolą nam złamać zasady fizyki?

Komputery są zależne od algorytmów i sprzętu oraz ich możliwości i ograniczeń. Wyobraźmy sobie, co stanie się, jeśli uda się te ograniczenia usunąć na zawsze? Jakie byłyby wtedy możliwości nowoczesnych komputerów kwantowych?

Podziel się

facebook twitter google+ linkedin email
Czy komputery kwantowe pozwolą nam złamać zasady fizyki - Business Insider Norbert Biedrzycki Sep-16

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.

 

Link do pełnego artykułu

 

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

 

Skomentuj

6 comments

  1. 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.

  2. 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.