Nowy świat komputerów kwantowych

Jak będzie wyglądał świat, w którym każda informacja będzie dostępna w mgnieniu oka? W mgnieniu oka, ale oczywiście nie dla wszystkich, tylko tych którzy będą wyposażeni w komputery kwantowe.

Podziel się

facebook twitter google+ linkedin email
Swiat komputerów kwantowych Norbert Biedrzycki BrandsIT

Mój artykuł wBrandsIT z dnia 19 czerwca 2018 roku.

 

Dlaczego mimo tego, że o komputerach kwantowych mówi się od lat 80-tych, to dopiero w ostatnich kilku latach zaczęły one budzić duże emocje? Specjaliści twierdzą wręcz, że jesteśmy coraz bliżej przekroczenia granicy, jeśli chodzi o szybkość procesów obliczeniowych.

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 co mniej więcej dwa lata. Niestety wzrost mocy obliczeniowych w procesorach ulega ciągłemu spowolnieniu. Powoli osiągamy bowiem granice technologiczne w możliwościach “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 od 0 do 1.

 

Skąd biorą się wielkie zalety komputera kwantowego? Najprościej można to wytłumaczyć, przez porównanie go do komputera tradycyjnego. Urządzenie, które znamy z codziennej pracy, dokonuje wszystkich operacji, wykorzystując podstawowe jednostki informatyczne, jakimi są bity. A te mogą reprezentować w zasadzie tylko dwa stany: 0 i 1. 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 dokładnie 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. O ile w klasycznym komputerze bit przechowuje dwie wartości, dwa bity przechowują cztery wartości itd, dwa kubity przechowują nie jedną, a cztery wartości jednocześnie. Bezpośrednią konsekwencją tego faktu jest to, że komputer kwantowy potrafi dokonywać jednocześnie wielu operacji na raz, czego nie potrafi urządzenie tradycyjne. By jeszcze bardziej uściślić: kwantowy stan, o którym mowa, doprowadza nas do sytuacji, w której maszyna przetwarza potężne zbiory danych w niewyobrażalnie krótkim czasie. Wyobraźmy sobie tak pokaźne zbiory, że ich przetworzenie wymagałoby milionów lat, gdybyśmy wykorzystali do tego celu komputery tradycyjne. Ta całkowicie abstrakcyjna sytuacja nabiera realności, gdy zaczynamy mówić o użyciu komputera kwantowego. Potrafi on liczyć nawet o 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!

Niestety kubity muszą być całkowicie odizolowane od otoczenia, są bowiem bardzo nietrwałe i mogą być niszczone między innymi przez zmiany temperatury otoczenia, promieniowanie zewnętrzne, światło czy zderzenia z cząsteczkami powietrza. Dlatego próżnia, superniska temperatura i pełna izolacja środowiska są konieczne.

Aby przybliżyć z jak ciekawym, a jednocześnie kontrowersyjnym, zjawiskiem mamy do czynienia, przytoczę przykłady skrajnych reakcji przedstawicieli branży IT. Nie tak dawno jeden z przedstawicieli Google stwierdził, że kwantowy komputer D-Wave rozwiązał zadany mu problem w czasie 1 sekundy. Standardowy potrzebowałby na to podobno 10 000 lat! Z drugiej strony nierzadkie są opinie jak ta, którą wyraził fizyk Matthias Toyer. Gdy trzy lata temu ogłoszono, że komputer The D-Wave2 w specjalnym teście rozwiązał wyznaczone mu zadanie o 3600 razy szybciej, niż komputer tradycyjny, naukowiec zakwestionował te wyniki wykazując, że trudno mówić o takiej wydajności, bo żadne dowody jej nie potwierdzają. Najlepszym podsumowaniem zamieszania na tym polu, mogą być słowa pracownika Narodowego Instytutu Standardów i Technologii w USA, Davida Winelanda, który powiedział: „Jestem optymistą, co do tego, że w dłuższej perspektywie osiągniemy sukces. Jednak ten “dłuższy czas” oznacza, że nie wiem, kiedy to nastąpi”.

Zapraszam do lektury pełnego artykułu – link

 

Powiązane artykuły:

– Niewidzialna pajęczyna wokół nas, czyli Internet Rzeczy

– Według naszych komputerów … Pan nie istnieje

– Upadek hierarchii, czyli kto właściwie rządzi w Twojej firmie

– Koniec życia jakie znamy, czyli witajcie w zdygitalizowanym świecie

– Twoi klienci przybywają z przyszłości, a ty gdzie jesteś?

 

 

Skomentuj

13 comments

  1. AKieszko

    Bardzo ciekawy temat. W trakcie czytania powstaje jednak wiele pytań. Jedno z nich dotyczy architektury procesów i materiałów które mogą być użyte w kwantowej mechanice a w związku z tym i sztucznych sieciach neuronowych, interfejsów pomiędzy maszyną a człowiekiem.
    Np sposób uczenia, czy uczą się wybrane jednostki czy ich grupy, lub zapamietywania danych-czy jednostki teoretycznie sa w stanie zapamiętać nieskończoną liczbę stanów dla danego ośrodka decyzyjnego i gdzie te wyniki przechowują, w chmurze?

  2. CabbH

    Ten, kto zbuduje komputer kwantowy na pewno nie odda tego wynalazku innym. Możliwości takiego komputera mogą być nieograniczone… sam fakt tej mocy obliczeniowej do łamania haseł… oj działoby się na świecie.

  3. Oniwaban

    Przeciętnemu Kowalskiemu takie komputery faktycznie na dziś nie są do niczego potrzebne. To co ma obecnie to aż nadto. Ale dla nauki czy wojska są niebędne bo obecne moce obliczeniowe są dalece niewystarczające do zaawansowanych symulacji (np. podogowych czy zaawansowanych teorii fizycznych) czy kryptologii. Np.szacuje się że złamanie prawidłowo wygenerowanego klucza RSA 2048 bitów zajęłoby najsilniejszemy obecnie komputerowi na świecie ok. 100 lat. A jak już takie komputery powstaną to i dla Kowalskiego znajdzie się zastosowanie.

  4. Avicenna

    Komp kwantowe potrzebne do tego by lepiej kształtować materię. Dzięki temu znajdziemy lepsze stopy metali i atomy o nowych właściwościach. Ma to znaczenie w podboju kosmosu, jak również w nowych metodach trasportu. Ja nie mam nic przeciwko, jeżeli w niedalekiej przyszłości przesiąde się z auta na pojazd lewitujący a wypad na kawę do kawiarni na księżycu będzie jak dzisiaj pójście do sklepu.
    Zaczyna się świat znany z filmów scifi: wiedzące wszystko elity i ciemna reszta. To oczywiście wiąże się z dostepem do zasobów i dóbr wszelakich.

    Przepisy na lepsze stopy, w tym na zimne szkło do budowy statkow kosmicznych, są dostępne w starych ksęgach indyjskich. W indiach stoi także, od kilku tysięcy lat, stalowy słup odlany w stranie nieważkości, który nie koroduje. Ale kogo to interesuje

  5. Acula

    Pierdyknie superwulkan (n. p. jak Krakatau 1883) i zamiast zajmować się sieciami neuronowymi będziemy szukać dzikiego czosnku w rowach przy drodze żeby czymś brzuch zapełnić. BTW. Temat ciekawy.

  6. grono

    Witam serdecznie panie Norbercie.

    Bardzo proszę o rozważenie następnym razem publikowania treści na temat komputerów kwantowych. Komputery kwantowe to jedna wielka bzdura i ściema – typu XIX wieczne kanały na Marsie. Ładnie brzmiące określenie – “komputery kwantowe”, do tego trochę pseudonaukowego bełkotu o superpozycji stanów… ładne opakowanie + brednie w środku = null na wyjściu . Nie dziwię się, że dał się pan ponieść fali – w końcu wszyscy “nad tym pracują” – ktoś niby coś gdzieś komuś – same ściemy bez żadnych konkretów. Jest nawet jakaś firma, która jakimś cudem zdobyła inwestorów. Jeżeli zada pan sobie trochę trudu – to dowie się pan, że domniemany komputer kwantowy tak naprawdę nie jest kwantowy, że owszem coś oblicza, ale dokładnie nikt nie wie jak, ogólnie rzecz biorąc – ściema. Domyślam się, że jako człowiek związany z nowoczesnymi technologiami ma pan podstawowe pojęcie na temat funkcjonowania komputera, procesora, tego co się dzieje w środku, co to jest bit, bajt, co to jest port i jak to mniej więcej funkcjonuje. Wystarczy tylko trochę zdrowego rozsądku, żeby zdać sobie sprawę, że nie da się zbudować praktycznie funkcjonującej struktury choćby tylko odwzorowującej pracę klasycznego komputera w oparciu o struktury w hiperpozycji. Komputery właśnie dlatego opanowały świat, że są zerojedynkowe. Odporne na zakłócenia, dające jednoznaczne odpowiedzi. Ktoś nawet kiedyś próbował zrobić analogowy komputer. I chyba nawet trochę działał. A superpozycja stanów – to trochę tak jakbyśmy wracali do epoki analogowej – na pewno nie jest to właściwa droga rozwoju technologii . Zapewne zdaje sobie pan z tego sprawę, że przynajmniej 30% mocy obliczeniowej klasycznego komputera jest przeznaczona dla operacji kontrolnych, które w systemie zerojedynkowym są niezbędne, w systemie opartym na superpozycji operacje kontrolne musiałyby rosnąć wykładniczo.
    Przyznaję, że w temat komputerów kwantowych wpleciono dodatkowo jakiś aparat matematyczny, ale to trochę tak, jakby pomnożyć liczbę ziarenek piasku na plaży przez liczbę kropel wody w morzu. Takie operacje możemy przeprowadzić oczywiście, zachwycać się otrzymanymi liczbami i udawać, że z tych cyfr coś wynika. I straszyć tymi cyframi np chłopaków od blockchaina. Bzdura na bzdurze wynikająca ze bzdury.
    Piszę o tym wszystkim do pana, bo z tego co widzę publikuje pan na portalach mających ogromne rażenie – w sensie zasięgu. Publikacje takich artykułów powodują, że potem nawet wytrawni informatycy na hasło komputer kwantowy mówią – przecież pisali w Onecie. A ja proszę tylko o jedno – trochę myślenia przy pisaniu tekstów – sprawdzania tego o czym pan pisze.
    Pozdrawiam serdecznie i pozostaję w szacunku dla pana dokonań publicystycznych, poza tematem “komputerów kwantowych” – bo tutaj trochę bezmyślnie uczestniczy pan w propagacji totalnej bzdury.

    Pozdrawiam
    Darek

    • Norbert Biedrzycki  

      Panie Darku.

      Bardzo dziękuję za komentarz i przedstawienie własnego zdania. Tak, podwaliny tej technologii znane są od lat 60tych. Ale dopiero teraz od kilku lat widzimy próby zastosowań – technologia powoli nadrabia przepaść teoretyczną. Nie zgodzę się z Pane, nie wiem na ile to hype na ile przyszłość, do faktycznego zastosowania. Zobaczymy.

      Pozdrawiam

    • Norbert Biedrzycki  

      Pełna zgoda. Dopiero ostatnio mamy możliwości technologiczne które pozwalają nam mysleć o budowie pierwszych komputerów kwantowych. Ciągle daleka droga przed nami ale temat jest fascynujący