Fizykę kwantową można wykorzystać do tworzenia nowych sposobów obliczeń. Dla rozwoju technologii komputerowej to kolejny krok naprzód. Czym dokładnie jest quantum computing i jak obliczenia kwantowe mogą zrewolucjonizować świat? Czy to kolejna dziedzina przyszłości?
– Z czasem kwantowa technologia stanie się tak ważna, iż przedefiniuje nasze myślenie o samych komputerach. To przyszłość informatyki.- Dario Gil z IBM Research.
Komputery kwantowe udoskonalają proces przetwarzania i przechowywania danych, umożliwiając wykorzystanie wydajniejszych algorytmów niż w przypadku tradycyjnych komputerów. Ich innowacyjność polega na sposobie wykorzystania określonych zjawisk zachodzących na poziomie subatomowym.
TBR: Quantum computing algorithms and infrastructure reach milestones https://t.co/I0me8pSLtq – #HPC #trends
— BTR Newswire (@BTRoundtable) August 31, 2020
Główne zastosowania obliczania kwantowego
Jednymi z dziedzin, które mogą zostać zrewolucjonizowane dzięki postępowi w informatyce kwantowej są m.in. medycyna (opracowanie nowych leków i terapii dostosowanych genetycznie, oraz badania DNA), bezpieczeństwo komputerowe (szyfrowanie danych, Quantum Key Distribution), sektor finansowy (optymalizacja portfeli inwestycyjnych i ulepszanie systemów wykrywania oszustw), rozwój nowych materiałów i gospodarka.
The #QHealth project: personalized medicine and quantum computing, but, What does quantum computing have to do with pharmacogenomics? #QuantumComputing #healthcare https://t.co/aHAkEaHG2Y
— aQuantum (@aQuantum_SW) August 24, 2020
Nawet firmy motoryzacyjne zaczynają korzystać z usług komputerów kwantowych. Nawiązanie współpracy z Google ogłosiło m.in. Volkswagen Group, aby przy wykorzystaniu rozwiązań quantum computing, stworzyć aplikację do optymalizacji ruchu.
Czym komputer kwantowy różni się od tradycyjnego?
W komputerach, jakie znamy dane zapisywane są w systemie binarnym, w bitach o wartości ‘1’ albo ‘0’. W komputerach kwantowych informacje przechowywane są w kubitach (z ang. quantum bit). Kubit znajduje się w stanie pośrednim, nazywanym superpozycją, pomiędzy zerem i jedynką, dzięki czemu może zawierać dużo bardziej złożone informacje, lub nawet reprezentować wartości ujemne. Zmiany dokonane w ramach jednego kubita wpływają na resztę kubitów, niezależnie od odległości fizycznej, w jakiej się znajdują. Dzięki temu komputery kwantowe poprzez wewnętrzną konwersję danych są w stanie w bardzo szybkim czasie znaleźć rozwiązanie danego problemu. Problemy przetwarzane są wielokrotnie, więc uzyskuje się kilka probabilistycznych odpowiedzi, co daje większą pewność, że uzyskana odpowiedź będzie optymalna.
Źródło: Spidersweb.pl
Dwa bity przekazują maksymalnie jedną z czterech możliwych wartości (00 => 0, 01 => 1, 10 => 2 lub 11 => 3), natomiast dwa kubity są w stanie pomieścić aż cztery wartości. Przy 8 kubitach możemy mówić już o 64, przy 16 – o 256, a przy 32 – o 1024. O sile kwantowego komputera świadczy to, że kubit może być częściowo w każdej z tych kombinacji, przypisując jej pewną liczbę zespoloną.
W tym właśnie tkwi przewaga komputera kwantowego i to umożliwia mu szybsze wykonywanie wielu zadań równoległych, gdzie zwykły sprzęt w takim tempie po prostu by sobie nie poradził.
– 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.
A new proof shows that quantum computers that calculate with entangled quantum bits or qubits, rather than 1s and 0s, can theoretically be used to verify answers to an incredibly vast set of problems.
“It was a complete surprise.” (via @quantamagazine) https://t.co/tZ3yrRb3fz
— WIRED (@WIRED) March 9, 2020
Komputery kwantowe nie mają pamięci ani procesora. Sprzęt składa się wyłącznie z zestawu kubitów, dzięki którym działa. W przeciwieństwie do tradycyjnych komputerów, kwantowe nie są przeznaczone do codziennego użytku . Te superkomputery są tak złożone, że mogą być używane tylko w obszarach naukowych, technologicznych i korporacyjnych.
IBM Q System One
W styczniu 2019 roku IBM wprowadziło do oferty sprzętowej urządzenie o nazwie IBM Q System One, pierwszy komercyjny komputer kwantowy.
IBM ACHIEVES QUANTUM COMPUTING SOFTWARE MILESTONE#IBM #QuantumComputing #TechNews #technology #deeptechhttps://t.co/reW4Ccp3xg
— DeepTechWire (@DeepTechWire) May 15, 2020
IBM Q System One został zaprojektowany w taki sposób, by zapewnić najwyższą stabilność i zautomatyzowaną obsługę w celu zapewnienia kubitów o powtarzalnej i przewidywalnej jakości. Wykorzystuje nadprzewodnikowe złącza typu Josephsona (typu Al / AlOx / Al) umożliwiające zmianę typowego mostka RLC w oscylator aharmoniczny i wyraźne rozdzielenie stanów kwantowych. Superpozycja stanów i splątanie kwantowe wykonywane są za pomocą generatorów mikrofalowych pracujących impulsowo 10-100 ns z częstotliwością około 5 Ghz.
Giganci technologiczni ogłaszają swoje najnowsze przełomy technologiczne.
Wyścig w kierunku opłacalnego produktu komercyjnego zaostrza się.
W październiku 2019 roku Google zakomunikował, że jego kwantowy komputer Sycamore w 200 sekund dokonał obliczeń, które zajęłyby najszybszemu, tradycyjnemu komputerowi dziesięć tys. lat.Stwierdzono, iż udało jej się osiągnąć tzw. “kwantową przewagę”.
Natomiast firma Honeywell odważnie oświadczyła, że do połowy 2020 roku stworzy najpotężniejszy komputer kwantowy na świecie. Zgodnie z oświadczeniem, w czerwcu ogłosiła nowe urządzenie, które może poszczycić się 64-krotną objętością kwantową. W dodatku zapowiada, że co roku może poprawiać wydajność dziesięciokrotnie. Jeśli okaże się to prawdą, do 2025 roku mielibyśmy komputer kwantowy 100 000 razy szybszy niż obecnie.
Companies like @IBM, @Microsoft, @Google and @Honeywell have been investing aggressively in quantum computing.https://t.co/3WPX2lVlBe#Technossus #OrangeCounty #AI #ArtificialIntelligence #Technology #Innovation #Tech
— Technossus (@technossus) August 29, 2020
Światowe inwestycje w rozwój quantum computing.
Biały Dom zapowiedział, że sfinansuje szereg ośrodków badawczo-rozwojowych sektora akademickiego i prywatnego połączonych z agencjami federalnymi, w imię postępu transformacyjnego w dziedzinach takich jak właśnie obliczenia kwantowe.
US announces $1 billion research push for AI and quantum computing https://t.co/Cmmwsrqcmy via @jjvincent @Verge pic.twitter.com/pNTvvpiFIl
— IBM News (@IBMNews) August 27, 2020
Rząd Wielkiej Brytanii z okazji rozpoczęcia Quantum Tech Digital Week ogłosił kolejną inwestycję, tym razem o wartości 70 milionów funtów, aby wspomóc ojczysty rozwój technologii kwantowych.
The UK government will be investing over £70m across 38 new quantum technology projects in the country to mark the start of Quantum Tech Digital Week. ??https://t.co/h3QQiu868v #Technology #IT #Digital #Business pic.twitter.com/K1dRsdQPOP
— virtualROI Ltd (@virtualROI) June 22, 2020
Australijska technologia kwantowa może stać się przemysłem szacowanym na 4 miliardy dolarów i stworzyć ponad 10000 miejsc pracy. Australijska narodowa agencja naukowa, CSIRO, stawia na wagę obliczeń kwantowych, wskazując na rozwój leków, transformacji procesów przemysłowych i uczenia maszynowego. Z kolei aplikacje obronne, zarządzanie narzędziami i bezpieczna komunikacja są traktowane jako kluczowe do zwiększenia produktywności w australijskim przemyśle i pomocy w zapewnieniu bezpieczeństwa narodowego.
Australia urged to invest in quantum computing ahead of future pandemics
READ MORE: https://t.co/2Xz8UHf93i#QuantumComputing #QuantumMechanics #QuantumTeleportation+ pic.twitter.com/3xgP8xB3Ne
— IAM Platform (@IAM__Network) August 5, 2020
Quantum computing cały czas się rozwija, tworząc coraz to więcej możliwości.
For the first time, researchers have designed a fully connected 32-qubit trapped-ion quantum computer. The new system represents an important step toward developing practical quantum computers. Trapped-ion quantum computers are among the most promising type of quantum computing pic.twitter.com/Opxbrzrgox
— Insta Science (@insta_science) August 26, 2020
Quantum computing to kolejna dziedzina przyszłości, dążąca do rozwoju technologii komputerowej na pełną skalę. Dzięki niej wiele projektów i usług wykonana zostanie znacznie sprawniej i pewniej. Czym jeszcze zaskoczy nas moc kubitów?
Czytaj również – Z głową w chmurach, czyli rozwój cloud computing
Autor: Nina Jacyszyn
