Jedan od glavnih naučnih izazova našeg vremena postala je trka za stvaranjem prvog korisnog kvantnog kompjutera. U njemu učestvuju hiljade fizičara i inženjera. IBM, Google, Alibaba, Microsoft i Intel razvijaju svoje koncepte. Kako će moćan računarski uređaj promijeniti naš svijet i zašto je toliko važan?
Zamislite na trenutak: stvoren je punopravni kvantni kompjuter. Postao je poznat i prirodan element naših života. O klasičnim proračunima sada se priča samo u školi, na časovima istorije. Negdje duboko u hladnim podrumima, moćne mašine rade na kubitima za napajanje umjetno inteligentnih robota. Obavljaju sve opasne i jednostavno monotone poslove. Šetajući parkom, pogledate okolo i vidite sve vrste robota. Humanoidna stvorenja šetaju pse, prodaju sladoled, popravljaju električne instalacije i čiste područje. Neki modeli zamjenjuju kućne ljubimce.
Dobili smo priliku da otkrijemo sve tajne Univerzuma i zavirimo u sebe. Medicina je dostigla novi nivo - inovativni lijekovi se razvijaju svake sedmice. Možemo predvidjeti i odrediti gdje se nalaze oskudni resursi kao što su plin i nafta. Problem globalnog zatopljenja je riješen, optimizirane su metode uštede energije, a saobraćajnih gužvi u gradovima više nema. Kvantni kompjuter ne samo da kontroliše sve robotske automobile, već i osigurava slobodno kretanje: prati situaciju na cestama, prilagođava rute i preuzima kontrolu od vozača ako je potrebno. Ovako bi moglo izgledati kvantno doba.
Kvantna zlatna groznica
Izgledi za primjenu su nevjerovatni, zbog čega ulaganja u kvantne razvoje rastu svake godine. Globalno tržište kvantnog računarstva procijenjeno je na 81,6 miliona dolara u 2018. Market.us stručnjaci procjenjuju da će do 2026. godine dostići 381,6 miliona dolara. Odnosno, on će se povećavati u prosjeku za 21,26% godišnje od 2019. do 2026. godine.
Ovaj rast je potaknut sve većom upotrebom kvantne kriptografije u sigurnosnim aplikacijama i potaknut investicijama dionika na tržištu kvantnog računarstva. Do početka ove godine privatni investitori su finansirali najmanje 52 kompanije za kvantne tehnologije širom svijeta, prema analizi naučnog časopisa Nature. Glavni igrači kao što su IBM, Google, Alibaba, Microsoft, Intel i D-Wave Systems bore se da stvore praktično primenljiv kvantni računar.
Da, sve dok novac koji svake godine teče u ovu oblast predstavlja mali izdatak (u poređenju sa 2018 milijarde dolara ulaganja u umjetnu inteligenciju u 9,3.). Ali ove brojke su značajne za nezrelu industriju koja se još ne može pohvaliti pokazateljima učinka.
Rješavanje kvantnih problema
Morate shvatiti da je danas tehnologija tek u povojima. Bilo je moguće stvoriti samo prototipove kvantnih mašina i pojedinačnih eksperimentalnih sistema. Oni su u stanju da izvršavaju fiksne algoritme male složenosti. Prvi kompjuter sa 2 kubita stvoren je 1998. godine, a čovječanstvu je bila potrebna 21 godina da dovede uređaje na odgovarajući nivo, takozvanu "kvantnu nadmoć". Ovaj termin je skovao profesor Caltecha John Preskill. A to znači i sposobnost kvantnih uređaja da rješavaju probleme brže od najmoćnijih klasičnih kompjutera.
Proboj u ovoj oblasti napravila je kalifornijska kompanija Google. U septembru 2019. godine, korporacija je objavila da je njen Sycamore uređaj od 53 kubita završio proračun za 200 sekundi za koji će vrhunskom superkompjuteru biti potrebno 10 godina. Izjava je izazvala mnogo kontroverzi. IBM se kategorički nije složio s takvim proračunima. Kompanija je na svom blogu napisala da će se njen superkompjuter Summit nositi sa ovim zadatkom za 000 dana. A sve što je potrebno je povećati kapacitet diska za skladištenje. Iako u stvarnosti razlika nije bila tako kolosalna, Google je zaista bio prvi koji je postigao “kvantnu nadmoć”. A ovo je važna prekretnica u kompjuterskom istraživanju. Ali ništa više. Sycamoreov podvig je isključivo u svrhu demonstracije. Nema praktičnu primjenu i beskorisno je za rješavanje stvarnih problema.
Glavni problem je hardver. Dok tradicionalni računski bitovi imaju vrijednost 0 ili 1, u čudnom kvantnom svijetu kubiti mogu biti u oba stanja u isto vrijeme. Ovo svojstvo se naziva superpozicija. Kubiti su poput vrtljivih vrhova: rotiraju se u smjeru kazaljke na satu i suprotno od kazaljke na satu, kreću se gore-dolje. Ako vam je ovo zbunjujuće, onda ste u sjajnom društvu. Richard Feynman je jednom rekao: "Ako mislite da razumijete kvantnu mehaniku, ne razumijete je." Hrabre reči čoveka koji je dobio Nobelovu nagradu za... kvantnu mehaniku.
Dakle, kubiti su izuzetno nestabilni i podložni vanjskim utjecajima. Automobil koji prolazi ispod prozora laboratorije, unutrašnja buka rashladnog sistema, leteća kosmička čestica - svaka nasumična smetnja, svaka interakcija narušava njihov sinhronicitet i oni se dekoheriraju. Ovo je štetno za računarstvo.
Ključno pitanje za razvoj kvantnog računarstva je koje će hardversko rješenje od mnogih istraženih osigurati stabilnost kubita. Onaj ko riješi problem koherentnosti i učini kvantne računare uobičajenim poput GPU-a, dobit će Nobelovu nagradu i postati najbogatija osoba na svijetu.
Put do komercijalizacije
2011. godine kanadska kompanija D-Wave Systems Inc. je bio prvi koji je prodao kvantne kompjutere, iako je njihova korisnost ograničena na određene matematičke probleme. A u narednim mjesecima, milioni programera će moći početi koristiti kvantne procesore putem oblaka - IBM obećava da će obezbijediti pristup svom 53-kubitnom uređaju. Do sada je 20 kompanija dobilo ovu privilegiju u okviru programa pod nazivom Q Network. Među njima su proizvođač opreme Samsung Electronics, proizvođači automobila Honda Motor i Daimler, hemijske kompanije JSR i Nagase, banke JPMorgan Chase & Co. i Barclays.
Većina kompanija koje danas eksperimentišu sa kvantnim računarstvom vide ga kao sastavni deo budućnosti. Njihova glavna misija sada je da otkriju šta radi u kvantnom računarstvu, a šta ne. I budite spremni da prvi uvedete tehnologiju u poslovanje kada ona bude spremna.
Transportne organizacije. Volkswagen zajedno sa D-Waveom razvija kvantnu aplikaciju – sistem kontrole saobraćaja. Novi program omogućiće organizacijama javnog prevoza i taksi kompanijama u velikim gradovima da efikasnije koriste svoj vozni park i minimiziraju vreme čekanja putnika.
Energetski sektor. ExxonMobil i IBM promovišu upotrebu kvantnog računarstva u energetskom sektoru. Fokusirani su na razvoj niza novih energetskih tehnologija, poboljšanje energetske efikasnosti i smanjenje emisije stakleničkih plinova. Obim i složenost izazova sa kojima se suočava energetski sektor su izvan dosega današnjih tradicionalnih računara i dobro su prikladni za testiranje na kvantnim računarima.
Farmaceutske kompanije. Accenture Labs je u partnerstvu sa 1QBit, kompanijom za kvantni softver. Za samo 2 mjeseca prešli su od istraživanja do dokaza koncepta – koristeći aplikaciju za modeliranje složenih molekularnih interakcija na atomskom nivou. Zahvaljujući snazi kvantnog računarstva, sada je moguće analizirati veće molekule. Šta će ovo dati društvu? Inovativni lijekovi sa najmanje nuspojava.
Finansijski sektor. Tehnologije zasnovane na principima kvantne teorije sve više privlače interesovanje banaka. Zainteresovani su za što bržu obradu transakcija, trgovina i drugih vrsta podataka. Barclays i JP Morgan Chase (sa IBM-om), kao i NatWest (sa Fujitsuom) već sprovode svoje eksperimente u razvoju specijalizovanog softvera.
Prihvatanje od strane tako velikih korporacija i pojava poduzetnih kvantnih pionira dovoljno govori o komercijalnoj održivosti kvanta. Već vidimo da se kvantno računarstvo primjenjuje na probleme u stvarnom svijetu, od poboljšanja energetske efikasnosti do optimizacije ruta vozila. I što je važno, vrijednost tehnologije će rasti kako se razvija.
izvor: www.habr.com
