fbTrack
REKLAMA
REKLAMA

Nowe technologie

IBM ogłasza kwantowy przełom

Komputer kwantowy wykonuje równolegle wiele obliczeń
Boykov/shutterstock
Amerykański koncern informatyczny IBM ogłosił, że posiada 65-kubitowy komputer kwantowy, oraz zapowiedział, że do 2023 r. zbuduje maszynę o mocy obliczeniowej tysiąca kubitów. Celem jest maszyna z milionem kubitów.

Supremacja kwantowa to potencjalna zdolność kwantowych urządzeń komputerowych do rozwiązywania problemów, których klasyczne komputery praktycznie nie potrafią wykonać. Najistotniejszą ich zaletą jest szybkość wykonywania operacji obliczeniowych. Ta złożoność obliczeniowa procesów wykonywanych przez komputer kwantowy oznacza generalnie wielobiegunowe przyspieszenie w stosunku do najlepszego istniejącego klasycznego algorytmu, który wykorzystuje system binarny.

Obecne komputery, które dla porównania z maszynami kwantowymi już zaczynają być nazywane „klasycznymi”, wykonują wszelkie obliczenia za pomocą zer i jedynek. Dzięki temu pozornie prostemu mechanizmowi można „układać” przepływ prądu lub jego brak w różne kombinacje. Każda jedynka lub zero to bit – podstawowa, najmniejsza porcja informacji.

Niezwykła wizja Feynmana

W komputerze kwantowym podstawową jednostką informacji jest natomiast kubit, którego nazwa jest skrótem od zwrotu „quantum bit”. Mówiąc skrótowo: kubit.

W 1969 r. wybitny fizyk kwantowy z Massachusetts Institute of Technology, laureat Nagrody Nobla z fizyki, profesor Richard Feynman przedstawił model nukleonów złożonych z partonów. Posłużył mu on do opisu wysokoenergetycznych zderzeń hadronów. Nukleony to wspólna nazwa dla bardziej nam znanych protonów i neutronów, które wspólnie tworzą jądro każdego atomu. Te cząstki podstawowe składają się z kwarków, czyli fermionów podlegających oddziaływaniom silnym. Takie silnie oddziałujące ze sobą grupy kwarków lub gluonów (bezmasowych cząstek elementarnych) nazywamy hadronami. Ich stałym składnikiem są partony.

Na podstawie tego modelu Feynman wysnuł podczas jednego ze swoich słynnych wykładów teoretyczny model działania urządzenia, które nazwał komputerem kwantowym. Wówczas uznano tę koncepcję za mrzonkę genialnego naukowca. Feynman przekonywał jednak słuchaczy, że to wcale nie żadna fantastyka. Do przekształcenia systemu kwantowego w klasyczny model komputerowy można wykorzystać wiele zjawisk wykazujących właściwości kwantowe.

Pierwotnie pomysł został wyśmiany przez środowisko naukowe. Jednak o pomyśle Feynmana nie zapomnieli inżynierowie z Doliny Krzemowej. W 1996 r. Neil Gershenfeld, Isaac L. Chuang i Marc Kubineca zbudowali maszynę wykorzystującą zjawisko rezonansu magnetycznego (NMR). Urządzenie programowano za pomocą impulsów radiowych.

Cztery lata później zaczęto już poważnie dyskutować o tym, że „pewnego dnia” zostanie zbudowana maszyna, którą pełnoprawnie będzie można nazwać komputerem kwantowym. Nazwa ta w odniesieniu do maszyn zawierających zaledwie kilkadziesiąt kubitów jest bowiem nadawana bardziej na kredyt.

We wrześniu 2019 r. Google LLC, jeden z największych koncernów z branży informatycznej, ogłosił osiągnięcie „supremacji kwantowej” ze swoją 53-kubitową maszyną. Kubit jest kwantomechanicznym układem, którego nie zrozumiemy, stosując opis klasyczny. Jest on bowiem kwantową superpozycją zera i jedynki, co oznacza, że rozwiązanie może stanowić grupę lub półgrupę wielu ciągów zero-jedynkowych. Przez losowość pomiaru kwantowego możemy zatem otrzymać zupełnie różne rezultaty. Ze względu na niepewność wyniku pojedynczego obliczenia komputera kwantowego ważne jest wykonanie całej serii ponownych obliczeń. Dopiero ich średnia wartość wskazuje na bardzo precyzyjny wynik.

Do czego zatem miałaby służyć maszyna, której wyniki należy uśredniać, a losowość pojedynczego pomiaru nigdy nie daje pewnego rezultatu? Odpowiedź tkwi w superpozycyjnej naturze kubita, który naraz jest w stanie wykonać nieporównywalnie więcej równoległych obliczeń niż konwencjonalny system binarny.

Cel: milion kubitów

Właściwości fizyczne komputerów kwantowych pozwalają na znacznie szybsze dokonanie olbrzymich obliczeń, które komputerom klasycznym zajęłyby tysiące, miliony, a nawet miliardy lat.

53-kubitowy komputer Google nie jest już największą maszyną wykorzystującą procesy kwantowe. Kilka dni temu IBM wyprzedził swojego konkurenta, ogłaszając, że jest w posiadaniu urządzenia 65-kubitowego. Ale nie to wzbudziło ogromne zainteresowanie środowiska naukowego i branży IT. International Business Machines Corporation (IBM), jedno z najstarszych przedsiębiorstw informatycznych na świecie, właśnie ogłosiło plan budowy maszyn „średniej” wielkości, składających się z 127 i 433 kubitów, które powstaną w ciągu następnych dwóch lat. Dodatkowo koncern zapowiedział, że w 2023 r. zamierza zbudować 1121-kubitowy komputer kwantowy. Jeżeli ta liczba robi wrażenie, to jeszcze większy efekt wywołała obietnica zbudowania komputera kwantowego o mocy miliona kubitów. Co prawda IBM nie podał nawet przybliżonej daty budowy takiej maszyny, ale wiadomość już wzbudziła zainteresowanie dziesiątków firm i startupów z całego świata, które chcą się przyłączyć do tego projektu. Jedną z nich jest grupa Q-CTRL, która tworzy oprogramowanie optymalizujące kontrolę i wydajność poszczególnych kubitów. Zbudowanie maszyny o pojemności tysiąca kubitów to także ważna wiadomość dla klasycznej techniki informatycznej. Takie urządzenie byłoby co prawda tysiąc razy za małe, aby w pełni wykorzystać potencjał obliczeń kwantowych do zerwania obecnych schematów szyfrowania w internecie, ale byłoby za to wystarczająco duże, aby wykryć i skorygować niezliczone jego błędy.

IBM traktuje skonstruowanie tysiąckubitowego komputera zaledwie jako przystanek na drodze do budowy maszyny tysiąc razy mocniejszej. Jak poważnie do tego podchodzi, świadczy fakt, że koncern już buduje ogromny kriostat z ciekłym helem, który przewidziany jest właśnie do przechowywania komputera kwantowego z milionem kubitów.

Źródło: Rzeczpospolita
REKLAMA
REKLAMA
REKLAMA
REKLAMA
NAJNOWSZE Z RP.PL
REKLAMA
REKLAMA
REKLAMA