Z pewnością czeka nas prawdziwa rewolucja. Kiedy? Niestety, nie wiemy tego dokładnie. Kilka lat temu zdawało się, że może nadejść każdego dnia. Dziś jest jasne, że będzie trzeba jeszcze trochę poczekać.
Jak wpłynie na naszą rzeczywistość? Tego również nie jesteśmy w stanie przewidzieć. Może powinniśmy oczekiwać tak wielkich zmian, jak te, których doświadczyliśmy, gdy komputery pojawiły się w naszych domach i biurach. A może większych, trudnych do wyobrażenia. O jakiej rewolucji myślę? Oczywiście o komputerach kwantowych. Laureat Nagrody Nobla, fizyk i żartowniś Richard P. Feynman pisał w wykładach z fizyki, że nikt nie rozumie mechaniki kwantowej, a jeśli ktoś twierdzi, że rozumie – to kłamie. Feynmana czytałam z zapartym tchem jeszcze w liceum (całe pięć tomów „Wykładów”). Byłam rodzynkiem w klasie o profilu matematyczno-fizycznym. Ci, którzy obawiali się wykładu z fizyki, mogą odetchnąć z ulgą. Co prawda, nie można rozmawiać o komputerach kwantowych, nie wspominając, że są kwantowe, jednak zamiast rozwodzić się nad ich kwantowością, skupimy się na tym, co z tej kwantowości wynika. Czym komputery kwantowe różnią się od maszyn, z którymi stykamy się na co dzień? Najprościej rzecz ujmując, są bardzo szybkie. Tak szybkie, że w mgnieniu oka radzą sobie z problemami, których rozwiązanie zajęłoby klasycznym maszynom dziesiątki, setki albo tysiące lat. Mówiąc o maszynach klasycznych, mam na myśli znane nam wszystkim komputery, których działanie jest oparte na prawach fizyki klasycznej. Działanie komputerów kwantowych opiera się na zjawiskach kwantowych. I tu właśnie kryje się cała tajemnica. Znajdujący się w każdym z naszych klasycznych komputerów procesor to układ scalony, zawierający miliardy (naniesionych techniką litografii) tranzystorów; im więcej, tym lepiej, bo – upraszczając – im więcej tranzystorów, tym szybszy procesor i komputer. Problem w tym, że miniaturyzacja ma pewne granice i zbliżamy się do nich w szybkim tempie. Niegdyś do produkcji procesorów wykorzystywano litografię 500 nm, dziś nawet poniżej 20 nm (nanometr to miliardowa metra). Jednak ogranicza nas atomowa struktura materii, a na poziomie atomów fizyka klasyczna traci zastosowanie. Komputery kwantowe wykorzystują właściwości cząstek elementarnych zupełnie sprzeczne z naszym wyobrażeniem o świecie. Znanym przykładem odnoszącym się do takich właściwości jest słynny kot wywodzący się z eksperymentu myślowego opisanego przez Erwina Schrödingera, austriackiego fizyka i noblistę. Kot Schrödingera jest żywy i martwy jednocześnie – do chwili, gdy ktoś nie otworzy pudełka, w którym został zamknięty. Ten dość zabawny (choć nie dla miłośników kotów) opis ilustruje superpozycję stanów, czyli to, że obiekty kwantowe (cząstki, takie jak foton czy elektron) znajdują się do momentu wykonania pomiaru nie w jednym, określonym stanie, ale we wszystkich możliwych stanach jednocześnie. Jeśli wrzucimy do puszki kwantową monetę, nie wypadnie ani orzeł, ani reszka – moneta będzie w obu stanach naraz. Dopóty, dopóki ktoś nie zajrzy do puszki, by sprawdzić wynik. W największym uproszczeniu to właśnie ta właściwość cząstek elementarnych decyduje o możliwościach komputerów kwantowych. W klasycznym komputerze podstawową jednostką informacji jest bit, a bit może przyjmować tylko jedną z dwóch możliwych wartości: zero albo jeden, tak albo nie. Kwantowy bit, czyli kubit (w praktyce cząstka elementarna) jest – do momentu wykonania pomiaru – w obu stanach jednocześnie. Bajt (8 bitów) zawsze jest tylko w jednym z 256 (czyli 2 do potęgi 8) możliwych stanów, kubajt (8 kubitów) – we wszystkich 256 stanach naraz, co oznacza możliwość wykonywania w tym samym czasie 256 operacji zamiast jednej.
W rezultacie na przykład 64-kubitowy komputer kwantowy jest 18 trylionów (18 z osiemnastoma zerami) razy szybszy od 64-bitowej maszyny klasycznej. Początki komputerów kwantowych nie były imponujące. Pierwsze, niezwykle kosztowne i uwieńczone skromnymi sukcesami eksperymenty prowadzono już w połowie lat 90. Na początku nowego millennium jeden z największych światowych gigantów w branży IT skonstruował kosztem dziesiątków milionów dolarów 7-kubitowy komputer kwantowy. Dość wysoka cena, jak na maszynę, która rozłożyła dwucyfrową liczbę na iloczyn liczb pierwszych. Potem zapadła cisza. Na całe lata. Przełom nastąpił dopiero w 2007 r., kiedy do gry weszła kanadyjska firma D-Wave Systems i wydarzenia zaczęły się już toczyć bardzo szybko. W ciągu kilku następnych lat D-Wave zaprezentowała 128-kubitową konstrukcję D-Wave One (znaną także pod nazwą Orion), 512-kubitową konstrukcję D-Wave Two (Vesuvius), a w 2015 r. – D-Wave 2X, komputer określany jako 1000+kubit. Mimo że maszyny były dokładnie tak szybkie, jak oczekiwano, początkowo ich kwantowość była kwestionowana. Dziś trudno mieć wątpliwości. W kilku miejscach na świecie pracują potężne komputery kwantowe. Jak komputery kwantowe wpłyną na nasze życie? Z pewnością wraz z nimi może nadejść nowa epoka nauki i techniki, ale będziemy musieli jeszcze trochę na to poczekać. Dziś maszyny mają rozmiary potężnych szaf, a ich procesory muszą być utrzymywane w temperaturze bliskiej zera absolutnego. Pierwsze komputery klasyczne również były ogromne i zupełnie niedostępne dla większości ludzi, a jednak zapoczątkowały rewolucję. Kiedy nastąpi nowa, kwantowa rewolucja? Nie wiemy. Wiemy jednak, że nastąpi na pewno.
Archiwalne wydania tygodnika Wprost dostępne są w specjalnej ofercie WPROST PREMIUM oraz we wszystkich e-kioskach i w aplikacjach mobilnych App Store i Google Play.
Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy tygodnika Wprost.
Regulamin i warunki licencjonowania materiałów prasowych.
