Komputer kwantowy, co to takiego

18 listopada 2022

Działanie tego komputera jak już sama nazwa wskazuje opiera się o fizykę kwantową. Przesyłanie danych w takich urządzeniach odbywa się za pomocą kubitów a nie bitów jak w klasycznych komputerach. Co zatem jest innego w tych komputerach w stosunku do starych rozwiązań i czy to będzie milowy krok w świecie informatyki i całej branży IT? Nie ma nic dziwnego w tym, że komputery z roku na rok stają się coraz bardziej wydajne oraz zaawansowane technologicznie. Obliczenia kwantowe to zupełnie inna kwestia, która rozwija się własnym tempem. Ograniczenia wynikające z praw fizyki uniemożliwiły w pewnym momencie rozwój i wykonywanie skomplikowanych obliczeń używanym dotychczas komputerom. W odpowiedzi na te niedoskonałości powstał właśnie komputer kwantowy, który to ma zupełnie odmienne podejście do sprawy obliczeń. Urządzenie to to super zaawansowana maszyna, której działanie opiera się na szeroko pojętej fizyce. Mechanika kwantowa zajmuje się zjawiskami, które wychodzą poza granice mechaniki klasycznej obejmując między innymi cząsteczki subatomowe czy nadprzewodnictwo. Sama mechanika kwantowa została stworzona w 1925 roku przez dwóch uczonych Wernera Heisenberga i Erwina Schrodingerga. Przesyłanie danych w komputerze kwantowym możliwe jest dzięki opisywaniu danych stanem układu, z którego jest zbudowana maszyna. Wszystko odbywa się za pomocą kubitów, które można inaczej nazwać kwantowymi bitami. W przypadku standardowych komputerów układ może przyjmować 0 lub1. W urządzeniach kwantowych odbywa się nieco inaczej, ponieważ kubit w fazie obliczeń znajduje się w stanie pośrednim co w praktyce przekłada się na większą wydajność obliczeniową i dlatego właśnie komputer kwantowy może wykonać bardziej skomplikowane operację niż standardowe urządzenia. Zdolności tych nowoczesnych komputerów mogą okazać się fenomenalne. Naukowcy przypuszczają, że będą w stanie bez mała natychmiast poradzić sobie z rozwikłaniem problemów, które dla zwykłego komputera stanowiłyby problem na tysiące lat. To właśnie dlatego warto skupić się na rozwoju komputerów kwantowych.

  1. Nadchodzące lata przyniosą sporo nowych odkryć w tym kierunku. Obliczenia kwantowe to nie jest wcale świeży i słabo znany temat, bo pomysł pojawił się na początku lat 80-tych ubiegłego stulecia. Istotne jest to, że niedługo po przedłożeniu pierwszych koncepcji, badań oraz założeń powstała praktycznie kompletna teoria opisująca jak działa komputer kwantowy. Za twórcę idei przedstawiany jest znakomity fizyk, laureat nagrody Nobla-Richard Feyman, to on przedstawił oficjalnie teoretyczny model zamiany systemu kwantowego w tradycyjny model komputerowy. Zaprezentował również i wyjaśnił wiele zjawisk kwantowych które można zastosować tworząc komputer kwantowy. Pierwsze takie urządzenie powstało w 1996 r. i okazało się ogromnym sukcesem oraz milowym krokiem w stronę dynamicznego rozwoju komputerów kwantowych, a ich działanie opierało się na dwóch kubitach i wykorzystano tutaj rezonans magnetyczny i jądrowy NMR. To dość skomplikowane urządzenie, a zrozumienia działania może być też sporym wyzwaniem. Powyżej było wspomniane o tym, że przesył informacji odbywa się za pomocą kubitów. Cóż to zatem jest? To najmniejsza i nie podzielna jednostka informacji kwantowej różniąca się od klasycznego bitu tym, że może znajdować się w dowolnej pozycji dwóch stanów kwantowych, między zerem a jedynką i dopiero podczas pomiaru można ustalić konkretny stan. Dzięki temu, że kubit wyraża jednocześnie dwie wartości, a komputery kwantowe mają olbrzymi potencjał obliczeniowy znacznie powyżej możliwości komputerów” starej daty”. Mając dwa bity możemy przedstawić cztery wartości: 00, 01, 10 i 11. Natomiast w przypadków kubitów stan jednostek może być dowolną kombinacją czterech stanów. Należy przyjąć, że pojedynczy kubit może przetrzymywać dwa razy więcej informacji niż bit. Kubity są ze sobą połączone co pozwala na wykonanie obliczeń na wszystkich wartością w tym samym czasie. Przez to, że jednostki informacji przyjmują pozycje 0 i 1 jest rozwiązaniem wielu ciągów zerojedynkowych. Pomiar jest na początku nieokreślony i w różnych przypadkach można otrzymać odmienne rezultaty, dlatego też, aby wyeliminować niepewność pomiarową należy wykonać całą serię obliczeń. Dopiero po otrzymaniu wyników można obliczyć średnia wartość zbliżona do rzeczywistej i przyjąć ją jako pewny wynik. Najważniejszą cechą komputera kwantowego jest wręcz niewiarygodna prędkość obliczeń co daje ogromną przewagę nad klasycznymi maszynami. Naukowcy nie mają wątpliwości, że szybki rozwój komputerów kwantowych przyczyni się do nowych możliwości oraz sposobów na rozwiązywanie problemów, które do tej pory były sporym wyzwaniem lub wręcz nie do pokonania. Zapewne jedna z dziedzin, gdzie znajdą duże zastosowanie jest sztuczna inteligencja. Prędkość i zaawansowanie podczas zachodzących procesów zdecydowanie ulepszy i przyśpieszy prace z tworzeniem prawdziwego Al. Jest to jednak na dziś dość kontrowersyjny temat i lepiej skupić się na bardziej przyziemnym, codziennym zastosowaniu. Komputery nowej generacji z pewnością znajdą szerokie zastosowanie np. w medycynie podczas diagnozowania pacjentów, badań, zastosowania odpowiednego leczenia i lekarstw, aby zrozumieć struktury chemiczne w tychże preparatach. Znajdą też swoje miejsce w obliczeniach astrofizycznych czy też do symulacji struktury molekularnej i samych molekuł. Również spore nadzieje z tymi komputerami wiążą banki i instytucje finansowe w celu minimalizacji ryzyka inwestycyjnego. Rozwój informatyki kwantowej i jak i samych komputerów nadal trwa i miejmy nadzieję, że w niedalekiej przyszłości powinny być wprowadzone na rynek do poprawy pracy w wielu sektorów gospodarki, a być może i do codziennego użytkowania.

Other entries

Święta Bożego Narodzenia i tradycje z nimi związane

Święta Bożego Narodzenia i tradycje z nimi związane

Wielkimi krokami zbliża się koniec roku a wraz z nim uwielbiane przez wszystkich Święta Bożego Narodzenia. Wiecie, że w naszym kraju w większości regionów zwyczaje świąteczne są prawie identyczne. W większości domów śpiewane są kolędy i pastorałki, a przy wigilijnym...

czytaj dalej
7 zastosowań mechaniki kwantowej

7 zastosowań mechaniki kwantowej

Mimo że upłynęło wiele, wiele lat intensywnych badań słowo kwant wciąż brzmi tajemniczo i jak coś zaciągnięte z fantastyki, a nawet abstrakcyjny przedmiot zainteresowania grupy „twardogłowych”. Tymczasem ta abstrakcyjna i egzotyczna teoria już dawno zagościła w naszym...

czytaj dalej
Fizyka kwantowa, kilka faktów które warto znać

Fizyka kwantowa, kilka faktów które warto znać

Ostatnio słowo kwantowy staje się coraz bardziej popularne. Mamy już kwantowy Internet, kwantowy procesor, kwantowy komputer, a nawet teleportację kwantową. Mechanika kwantowa analizuje świat mikroskopowy, obiekty o małych masach i gabarytach, nie tylko atomy, ale...

czytaj dalej