Jak komputery kwantowe mogą zmienić naszą rzeczywistość?

Jakie inne właściwości posiadają kubity?

Superpozycja jest bardzo ulotna. Próba zmierzenia stanu kubita w superpozycji, powoduje zniszczenie tego stanu, a kubit ‘przeskakuje’ na  0 lub 1. Tylko pozornie uniemożliwia to wykorzystanie potencjału kubitów. W powiązaniu ze splątaniem kwantowym (ang. entanglement), cechą opisaną w mechanice kwantowej, obie właściwości można wykorzystać do skonstruowania bezpiecznego kanału komunikacji, w którym zostanie wykryta każda próba jej „podsłuchania”.

Naukowcy zaobserwowali ten fenomen, by w powtarzalny sposób replikować zjawisko splątania, chociaż nie potrafią go wyjaśnić z naukowego punktu widzenia. Polega on na powiązaniu za sobą minimum dwóch kubitów, w sposób umożliwiający na determinowanie stanu jednego kubitu na drugi, pomimo fizycznej odległości pomiędzy nimi. Powyższe zjawisko można wykorzystać przy transmisji informacji kwantowej czyli tzw. kwantowej teleportacji. 

Jakie są ograniczenia technologii kwantowej?

Technologia kwantowa - jak każda - posiada pewne ograniczenia, które stanowią istotne wyzwania w rozwoju komputerów kwantowych. Największym z nich są fizyczne właściwości kubitów, które uniemożliwiają skopiowanie stanu superpozycji. Typowa operacja, bez której nie mogłyby działać dzisiejsze komputery, w przypadku kubitów jest po prostu niemożliwa. W konsekwencji, nie ma możliwości, by zbudować kwantową pamięć masową (storage), która umożliwi utrwalenie stanu systemu kwantowego, a następnie jego wczytanie do kwantowej pamięci operacyjnej (kwantowych rejestrów).

Kubity wzbudzone do superpozycji, pozostają w niej stosunkowo krótko, a czas zależy od temperatury, ‘szumów’ elektromagnetycznych, które mogą zakłócić czy wytrącić kubity z superpozycji. W konsekwencji,  obecnie technologia kwantowa jest jeszcze mocno narażona na nieprawidłowości. Aby zapewnić stabilność obliczeń na kubitach podatnych na błędy, koniecznie należy wykorzystywać mechanizmy korekcji błędów. Oznacza to, że do obliczeń kwantowych będzie potrzebna znacznie większa liczba kubitów, niż ta wynikająca z samego zdefiniowania algorytmu. Kubity najlepiej funkcjonują w niskich temperaturach, bliskich zera absolutnego. Rozmiary dzisiejszych systemów kwantowych głównie wynikają z konstrukcji komór chłodzących, w których działają procesory. W związku z tym, kwantowe procesory raczej nie znajdą zastosowania w laptopach, gdyż w temperaturze pokojowej kubit nie byłby w stanie dostatecznie długo pozostać w stanie superpozycji. 

Jak komputery kwantowe zmienią świat?

Komputery oparte na technologii kwantowej będą miały wielokrotnie większe moce obliczeniowe niż dzisiejsze urządzenia przy krótszym czasie potrzebnym do wykonania operacji. Ta przyszłościowa technologia, bazująca na mechanice kwantowej, jest obecnie na etapie badań a jej pełna komercjalizacja będzie możliwa w perspektywie kolejnych dziesięciu lat. Umożliwi sięgnięcie z technologią do miejsc, które obecnie są dla nas jako społeczeństwo niedostępne a jej potencjalne zastosowania są bardzo szerokie – może znacząco przyspieszyć opracowanie i wdrożenie nowych leków, umożliwić optymalizację łańcucha dostaw, usprawnić komunikację czy wynieść na nowy poziom analizę portfela inwestycyjnego.

Dobrym przykładem może być współpraca pomiędzy Quantum Computing (QCI) i IPQ Analytics, która ma za zadanie stworzenie techniki poprawiającej efektywność bardzo kosztownego procesu testów klinicznych nowych leków.

Możliwości komputerów kwantowych, analizujących równolegle różnorodne scenariusze mogą przyspieszyć pace nad takimi chorobami jak rak, Parkinson, HIV, AIDS, Alzheimer, malaria czy choroby układu krążenia.

Technologia kwantowa – wykorzystanie komercyjne

Technologia kwantowa będzie głównym motorem transformacji w ciągu najbliższych 5-10 lat, a 81% brytyjskich firm spodziewa się daleko idących zmian w sposobie funkcjonowania biznesu do 2030 roku, wynika z badania EY Quantum Readiness Survey przeprowadzonego w Wielkiej Brytanii. 

Technologia nadal znajduje się na etapie badań i rozwoju, a obecne zawirowania gospodarcze nie przyspieszają rozwoju tak przyszłościowych inicjatyw jak komputery kwantowe. Długoterminowy cel jest utrzymany, bo powyższa technologia może zrewolucjonizować szereg dziedzin.  Światowe Forum Ekonomiczne podaje, że wydatki publiczne i prywatne na rozwój tej technologii sięgnęły 35,5 mld USD do 2022r.

IDC przewiduje, że wydatki konsumentów na produkty będące rezultatem komercjalizacji komputerów kwantowych będą rosły w tempie 50,9% rocznie z 412 mln USD w 2020 r. do 8,6 mld USD w 2027 r. 

Możliwości wykorzystania komputerów kwantowych są bardzo szerokie, wcześniej trzeba zbudować urządzenia operujące na milionach kubitów (kwantowego i trójwymiarowego odpowiednika tradycyjnych bitów). Dla porównania: obecne komputery kwantowe dysponują mocą ponad 400 kubitów.

Zastosowanie technologii kwantowej w biznesie

Obok wspomnianego już sektora medycyny i farmacji, jednym z głównych obszarów, który może zostać zrewolucjonizowany przez technologię kwantową jest sektor logistyczny, telekomunikacyjny i energetyczny, które mogą wykorzystywać algorytmy kwantowe do optymalizacji kosztów. Typowym wyzwaniem w tym obszarze jest znalezienie ‘najtańszej’ drogi zaopatrzenia – przesyłki, listy, paczki, wymiana informacji w sieci komputerowej, czy energetycznej. Obecne komputery wyszukują jedną drogę na raz, by porównać wszystkie możliwe opcje. Komputery kwantowe umożliwią równoczesną analizę wszystkich dostępnych możliwości a przez to znacząco skrócą czas potrzebny na wyznaczenie najlepszej trasy. To umożliwi zmianę trasy przesyłki czy impulsu elektrycznego w czasie rzeczywistym nawet w najbardziej skomplikowanym otoczeniu.

Technologia kwantowa będzie miała rewolucyjny wpływ również na rynek finansowy, który już teraz intensywnie wykorzystuje moce obliczeniowe komputerów i sztuczną inteligencję. Analiza portfela inwestycyjnego lub ryzyka ubezpieczeniowego może zostać spersonalizowana na podstawie algorytmów kwantowych. Skomplikowane modele stochastyczne będzie można rozszerzać o dowolną ilość zmiennych i równolegle je przeliczać. W efekcie, pozwoli to m.in. na wyznaczenie ceny ubezpieczenia w oparciu indywidualne preferencje klienta, a nie statystyk oraz ograniczonego zakresu ryzyka ujętego w obliczeniach ratingowych.