Kwantowa przyszłość komputerów. Wykuwają ją także Polacy

Komputery kwantowe to już nie tylko ciekawostka. Są już wykorzystywane komercyjnie, także przez polskie firmy i naukowców.

Komputery te bazują na rozwiązaniach rodem z pracowni naukowych fizyków, ale pierwsze już funkcjonują. Choć to dopiero początek rozwoju sektora, który może zrewolucjonizować sposób korzystania z komputerów, wartość rynku w 2021 r. oceniana jest na 472 mln dol. Do 2026 r. ma się zwiększyć już do 1,8 mld dol. i rosnąć w średnim tempie ponad 30 proc. rocznie.

Kubitowa rewolucja

Komputery wykonują obliczenia na seriach bitów – zer i jedynek. Te kwantowe operują na kubitach, które mogą przybierać obie te wartości jednocześnie – to tzw. superpozycja. Dzięki niej moc obliczeniowa rośnie w astronomicznym tempie, ale dotąd było to możliwe w laboratoriach. Systemy kwantowe wymagają temperatur w granicy zera bezwzględnego, czyli – 273 stopni.

Komercyjnych zastosowań nowej technologii przybywa jak grzybów po deszczu, dotąd głównie w USA, ale to się szybko zmienia. Dodatkowo IBM, jeden z pionierów prac nad tą technologią, pierwszy taki komputer instaluje już w Europie. W ramach spółki joint-venture Fraunhofer-Gesellschaft postawi go w centrum niedaleko Stuttgartu. Będzie on podlegał niemieckim regulacjom prawnym.

CZYTAJ TAKŻE: BMW postawił na komputery kwantowe. Duże oszczędności

– Na świecie liczba potencjalnych wdrożeń rośnie, to uczelnie – amerykańskie czy japońskie, które opracowują zagadnienia związane choćby z rynkami finansowymi. W dziale badawczym naszej firmy zlokalizowanym w Zurychu opracowane zostały pierwsze algorytmy pionierskiego podejścia do zagadnień symulacji zachowań rynków finansowych (np. option pricing). Najwięcej projektów powstaje w ramach takich sektorów jak finanse, medycyna, nowoczesne materiały i rolnictwo – mówi Piotr Biskupski, ambasador technologii kwantowych w IBM Polska. – Naszym celem jest wzbogacenie narzędzi programistycznych, które już są używane w taki sposób, aby w nich można było wykorzystać moce komputerów kwantowych. Nie chodzi nam o to, żeby wszyscy zrozumieli mechanikę kwantową. Raczej zależy nam na tym, aby wykorzystanie komputerów kwantowych było ogólnodostępne. W zasadzie każdy może – nawet na próbę – dzisiaj skorzystać z ich możliwości, np. w ramach środowiska Qiskit – dodaje.

Otwarcie się na technologię dotyczy również Polski. IBM ma specjalny program dla uniwersytetów, w ramach którego naukowcy mogą korzystać z jego komputerów kwantowych. – Jesteśmy otwarci na biznes, w Polsce współpracujemy choćby ze startupami jak Beit Tech, ale też prowadzimy rozmowy z kilkunastoma firmami z sektorów takich jak finanse, energetyka, medycyna i sektor paliwowy. Pracujemy nad powołaniem specjalnego hubu przeznaczonego dla polskich jednostek naukowych i firm – dodaje.

Chińska sieć kwantowa łączy ponad 700 punktów, wykorzystuje dwa łącza satelitarne i ponad 2 tys. km światłowodów

Firma ma już 27 komputery kwantowe dostępne w ramach chmury obliczeniowej, ale niedługo pojawią się urządzenia posiadające ponad 1 milion kubitów – ciekawostką jest, że firmie już udało się zbudować specjalną komorę chłodzącą o rozmiarach 2,3/1,7 metra, gdzie będzie osiągana temperatura bliska zera bezwzględnego.

Kto wygra wyścig?

Do wyścigu włączył się też Google. W 2019 r. firma zaprezentowała komputer, który ma pokazać przyszłość i moc nowych technologii. Maszyna w trakcie testów wykonała skomplikowane obliczenia w czasie 3 minut i 20 sekund, podczas gdy najpotężniejszemu obecnie tradycyjnemu superkomputerowi działania te zabrałyby około 10 tysięcy lat. Choć sensowność tych wyliczeń, zwłaszcza horyzontu 10 tys. lat, wielu ekspertów skrytykowało i podważyło, to firma równie intensywnie pracuje nad takimi rozwiązaniami. – W tej chwili nie mamy nic konkretnego do ogłoszenia i skupiamy się na istocie naukowego osiągnięcia, ale myślimy długoterminowo nad tym, jak udostępnić te zasoby badaczom zewnętrznym – mówi Olga Sztuba, rzecznik Google Polska. – Już oferujemy Cirq, platformę open source do tworzenia algorytmów NISQ, i nie możemy się doczekać, kiedy zobaczymy, jakie pomysły na nim bazujące ujrzą światło dzienne – dodaje.

CZYTAJ TAKŻE: Przełom w lotnictwie i medycynie. Powstaje kwantowy radar

Nie można jednak zapominać o Chinach, gdzie powstała już licząca 4,6 tys. km kwantowa sieć komunikacyjna. Obejmuje ona zarówno łącza światłowodowe, jak i satelitarne, a informacje przesyłane w ten sposób uważa się za niemożliwe do przechwycenia. Strony komunikujące się w niej ze sobą przekazują sobie klucz służący do szyfrowania i odczytu wiadomości, który zapisany jest w stanach kwantowych cząstek, np. fotonów. Stany kwantowe wyróżnia to, że próba ich odczytania prowadzi do zmian w treści. Nawet potencjalne przechwycenie klucza jednej ze stron oznacza, iż informacja zniknie, ale nie zostanie przejęta. Chińska sieć łączy ponad 700 punktów, wykorzystuje dwa łącza satelitarne i ponad 2 tys. km światłowodów.

Nad kwantami pracują też polscy naukowcy. Fundacja na rzecz Nauki Polskiej przekazała 17 mln zł grantu na projekt TEAM-NET, kierowany przez prof. Marka Kusia. Jego celem jest scharakteryzowanie i optymalizacja obliczeń kwantowych wykonywanych przez kubity. Zespół podkreśla, że w przeciwieństwie do kwantowego komputer klasyczny wykonuje operacje w określonej kolejności, jedna po drugiej, i nie jest w stanie wykonywać ich jednocześnie.