Reklama

Nauka

Wyścig trwa

Komputer kwantowy

IBM

Komputer kwantowy

Komputery kwantowe bardziej różnią się od obecnych komputerów niż te obecne od liczydła.

Bądź na bieżąco!

Zapisz się do newslettera

Przechodząc z realnego świata, w którym wszyscy żyjemy, do świata fizyki kwantowej, możemy poczuć się jak Alicja z Krainy Czarów, bohaterka książki Lewisa Carrolla, kiedy przez norę królika dostała się do bajkowej krainy. Tam wszystko było inne i działało według innych reguł i norm. Podobnie jest w świecie fizyki kwantowej, która zajmuje się prawami rządzącymi cząstkami dużo mniejszymi niż atom.

Bity i kubity

Zostały one nazwane cząstkami elementarnymi. Mogą przebywać jednocześnie w różnych stanach i miejscach, a także przenikać przez bariery energetyczne wyższe niż ich własna energia, co jest wbrew prawom fizyki klasycznej. Na dodatek sama obserwacja ich stanu powoduje jego zmianę.

Pomóż w rozwoju naszego portalu

Wspieram

Rozwój fizyki kwantowej rozpoczął się w pierwszych latach XX wieku. Jej twórcami było kilku uczonych badających promieniowanie elektromagnetyczne m.in. Max Planck, a także nadciekłość czy nadprzewodnictwo. Obecnie zasady mechaniki kwantowej określają postrzeganie wszelkich zjawisk fizycznych i chemicznych. Stanowi ona podstawę badawczą takich działów nauki, jak: chemia kwantowa, fizyka jądrowa, fizyka cząstek elementarnych czy astrofizyka. Już od ponad 40 lat istnieje i rozwijana jest również informatyka kwantowa.

Reklama

Podstawową jednostką informacji w naszych klasycznych komputerach jest bit, może on przyjmować wartości 0 i 1. W dawnych maszynach reprezentantem bitu był maleńki rdzeń magnetyczny. Mógł być on namagnesowany lub nie, co odpowiadało liczbom 0 i 1. Obecnie jest nim stan układu półprzewodnikowego, jednego z milionów wytworzonych na płytce monokryształu krzemu.

W informatyce kwantowej odpowiednikiem bitu jest kubit. Może on przyjmować każdą z wartości pośrednich między 0 i 1. Jego realną postacią jest obiekt kwantowy taki jak foton, najmniejsza cząstka światła, atom pozbawiony jednego z elektronów w temperaturach bliskich zera bezwzględnego (zimny jon) czy układ nadprzewodzący i wiele innych. Cała sztuka polega na tym, aby obiekty te wprowadzić w „stan splątania”, tzn. aby zaczęły one na siebie oddziaływać. Komputery kwantowe nie dokonują obliczeń tak jak te cyfrowe, a znajdują taki stan układu, który jest odpowiedzią na zadany problem. Nie odbywa się to jednak w sposób magiczny. Najpierw trzeba konkretny problem, który chcemy rozwiązać, wymodelować w postaci kubitów oraz połączeń między nimi, a następnie tak sterować układem, aby odnaleźć maksimum lub minimum danego stanu, znajdując szukaną odpowiedź.

Nadzieje i obawy

Po co jest nam potrzebny kwantowy komputer? Przecież te istniejące potrafią zrobić bardzo wiele. Nawet jeśli nic o nich nie wiemy, to i tak będą nam prowadzić rachunki bankowe, liczyć należne świadczenia ZUS i podatki, które mamy zapłacić. Mogą przekazywać nam wiedzę i dostarczać rozrywki, nie tylko tej najlepszej. Wszystko to prawda, lecz prawdą jest też to, że obecne komputery nie spełniają wszystkich naszych oczekiwań lub zajmuje im to zbyt wiele czasu.

Reklama

Przy przewidywaniu przebiegu bardzo złożonych procesów ilość czynników, charakter zmian zachodzących równocześnie i stopień komplikacji obliczeń okazują się zbyt wielkie nawet dla współczesnych superkomputerów. Takie sytuacje mają miejsce już przy sporządzaniu długookresowych prognoz pogody dla większych obszarów, np. całych kontynentów. Podobne problemy napotykają naukowcy zajmujący się poszukiwaniem nowych leków, np. takich, które nie istnieją w przyrodzie, lecz można je stworzyć w drodze syntezy chemicznej. Dotyczy to także badań nad nowymi materiałami budowlanymi, półprzewodnikami i masami plastycznymi nowej generacji.

Dziedziną, której klasyczne maszyny cyfrowe nie wystarczają, są także symulacje takich zjawisk, jak kontrolowana reakcja termojądrowa czy zachowania globalnych rynków finansowych. Osobnym tematem jest kryptologia, nauka o szyfrach i bezpieczeństwie informacji. Pojawienie się informatyki kwantowej może ją całkowicie zrewolucjonizować. Jest także ciemna strona możliwych zastosowań – to współczesne pole walki podczas globalnej wojny. Wyobraźmy sobie system zbierający informacje o znaczeniu militarnym z satelitów obejmujących swą obserwacją cały glob. Jednym z procesorów jest QPU (Quantum Processing Unit – procesor kwantowy), który w ułamku sekundy dokonuje analiz i symulacji ataku lub kontrnatarcia i uruchamia odpowiednie systemy rakietowe. Równie apokaliptyczną wizją jest udział komputera kwantowego w manipulacjach na ludzkich genach i embrionach.

Supremacja kwantowa

Dlatego wiele państw i instytucji walczy o zdobycie „supremacji kwantowej” – wyraźnej przewagi w budowie komputera kwantowego. Są to amerykańscy giganci technologiczni tacy jak: Amazon, Google, Hewlett Packard, Hitachi, IBM, Intel i Microsoft, a także Instytut Technologii w Massachusetts czy Narodowe Laboratorium w Los Alamos. Zaawansowane prace są prowadzone również w Wielkiej Brytanii, Australii, Kanadzie, Chinach, Niemczech, Izraelu, Japonii, Rosji i Indiach.

Reklama

Na całym świecie ponad 600 firm oraz ponad 30 laboratoriów, uniwersytetów i agencji rządowych rozwija technologię obliczeń kwantowych.

Nie trzeba wyjaśniać, że rezultaty tych badań są ściśle tajne, jednak należy zadać pytanie: jakie są rzeczywiste osiągnięcia? Według wielu ekspertów, komputer kwantowy jeszcze nie istnieje. Są jedynie jego prototypy, które bardziej przypominają stanowisko eksperymentów z dziedziny optyki lub fizyki niskich temperatur niż funkcjonalne urządzenie.

Wielkie problemy stwarzają także brak powtarzalności wyników, konieczność korekcji błędów i cała techniczna, inżynierska strona badań. Ciągle są też prowadzone prace nad znalezieniem lepszego, a nawet przełomowego układu kwantowego, który dostarczy bazy dla komputera jak z „krainy czarów”.

W Polsce prace badawcze ukierunkowane na budowę procesora kwantowego prowadzone są w kilku ośrodkach, m.in. na Uniwersytecie Warszawskim, w Centrum Fizyki Teoretycznej PAN oraz w Politechnikach Warszawskiej i Gdańskiej. Brak jest jednak programu rządowego.

Nie brakuje za to entuzjastów tej nowej dziedziny wiedzy ze styku informatyki i fizyki kwantowej. Należą do nich uczestnicy „Warszawskiej Grupy Obliczeń Kwantowych”. Organizują oni warsztaty z programowania komputerów kwantowych, a jest to zupełnie inna umiejętność niż dotychczas znane języki. Informatyka kwantowa to nowa dziedzina wiedzy, a przez to niezwykle atrakcyjna dla świata nauki.

Co dalej?

Brak ostatecznego sukcesu nie przeszkadza w pojawianiu się medialnych informacji o nadzwyczajnych postępach dokonanych w różnych ośrodkach badawczych. W końcu 2021 r. z Państwa Środka wyszła wiadomość, że zbudowano tam najszybszy na świecie programowalny komputer kwantowy. Stwierdzono, że oparty na fotonach Jiuzhang 2 oblicza w ciągu jednej milisekundy zadanie, którego wykonanie zajęłoby konwencjonalnemu komputerowi 30 bln lat. Jakby tego było mało, opracowano tam także nadprzewodzący komputer kwantowy o pojemności 66 kubitów – Zuchongzhi 2 i jest on jeszcze szybszy. W grudniu 2023 r. IBM zaprezentował swój 1121-kubitowy procesor kwantowy Condor. Jest on zwieńczeniem wieloletniego planu działania IBM „Mapa drogowa do supremacji kwantowej”, mającego na celu przekroczenie progu 1 tys. kubitów. Można postawić pytanie: jak należy traktować te i podobne informacje? Kluczowe jest tu słowo „teoretycznie”. Nie zawsze, ale często podawane wielkości są wynikiem bardzo teoretycznych rozważań. Wyścig trwa!

Autor jest byłym pracownikiem IBM Polska

Podziel się:

Oceń:

2024-01-29 18:19

[ TEMATY ]

Wybrane dla Ciebie

Bp Grzegorz Kaszak przekazał 50 laptopów dla szkół specjalnych

ARCHIWUM

- Jedną z zasad duszpasterstwa jest obserwowanie i wyciąganie wniosków. Widzimy trudną sytuację, szczególnie rodzin wielodzietnych oraz tych, które mają dzieci o specjalnych potrzebach edukacyjnych. Dlatego postanowiliśmy, my jako księża, ufundować laptopy do nauki zdalnej – powiedział bp Grzegorz Kaszak w czasie przekazania 50-ciu laptopów dla szkół specjalnych z terenu diecezji sosnowieckiej. Jak zauważył sosnowiecki ordynariusz, wypływało to z potrzeby serca.

Więcej ...

Papież: film prowokuje, by zastanowić się nad sobą i swym losem

2025-11-15 12:27

Vatican Media

Bądźcie orędownikami wolnego tempa, gdy jest to potrzebne, ciszy, gdy przemawia, odmienności, gdy prowokuje - powiedział Leon XIV podczas audiencji dla przedstawicieli świata kinematografii. Chciałbym odnowić z wami przyjaźń - dodał - ponieważ film jest laboratorium nadziei, miejscem, w którym człowiek zastanawia się nad sobą i swoim losem.

Więcej ...

Caritas rusza z kampanią na rzecz osób w kryzysie bezdomności

2025-11-15 19:45
Caritas Polska

Caritas Polska

Caritas Polska

Prawie 2 miliony Polaków żyje w skrajnej biedzie, a na ulicach miast „mieszka” przynajmniej 53 tys. ludzi. Nikt tego nie planuje. Nikt nie chce tak żyć. W Światowym Dniu Ubogich Caritas rusza z kampanią, której celem jest przypomnienie, że to nie anonimowa statystyka, tylko ludzkie historie, które warto usłyszeć. U pana Łukasza zaczęło się od tego, że ojciec faworyzował jego brata, a on wpadł w złe towarzystwo, jak twierdzi, na złość ojcu. Tak minęło mu kilkadziesiąt lat. Ania zakochała się w mężczyźnie, który stosował przemoc, uciekła. Później miesiące spała w samochodzie, krążąc gdzieś pomiędzy Wejherowem a Sopotem. Zbyszek całe życie pływał po świecie, nigdy nie założył rodziny - dziś zdrowie już nie pozwala wsiąść na statek, a on nie ma dokąd wracać. Czy masz pewność, że podobne sytuacje nie staną się kiedyś Twoją historią? A co, gdybyś Ty nie miał dokąd pójść?

Więcej ...

Reklama

Najpopularniejsze

Nowenna do Jezusa Chrystusa Króla Wszechświata

Wiara

Nowenna do Jezusa Chrystusa Króla Wszechświata

Wałbrzych. Włamanie i profanacja w sanktuarium. Sprawca...

Niedziela Świdnicka

Wałbrzych. Włamanie i profanacja w sanktuarium. Sprawca...

Diecezja Warszawsko-Praska wydała komunikat ws....

Kościół

Diecezja Warszawsko-Praska wydała komunikat ws....

Leon XIV nie zamierza znieść ograniczeń nałożonych na...

Leon XIV

Leon XIV nie zamierza znieść ograniczeń nałożonych na...

Zaginął ks. dr Marek Wodawski. Wyszedł z mieszkania i...

Kościół

Zaginął ks. dr Marek Wodawski. Wyszedł z mieszkania i...

Modlitwa św. Jana Pawła II o pokój

Wiara

Modlitwa św. Jana Pawła II o pokój

Niezbędnik Katolika miej zawsze pod ręką

Wiara

Niezbędnik Katolika miej zawsze pod ręką

Nakazane święta kościelne w 2025 roku

Kościół

Nakazane święta kościelne w 2025 roku

Najważniejsza świątynia świata

Wiara

Najważniejsza świątynia świata