Jedan od glavnih znanstvenih izazova našeg vremena postala je utrka za stvaranje prvog korisnog kvantnog računala. U njemu sudjeluju tisuće fizičara i inženjera. IBM, Google, Alibaba, Microsoft i Intel razvijaju svoje koncepte. Kako će moćni računalni uređaj promijeniti naš svijet i zašto je toliko važan?
Zamislite na trenutak: stvoreno je punopravno kvantno računalo. Postao je poznat i prirodan element naših života. O klasičnim proračunima sada se govori samo u školi, na satovima povijesti. Negdje duboko u hladnim podrumima, snažni strojevi rade na qubitima kako bi napajali umjetno inteligentne robote. Oni obavljaju sve opasne i jednostavno monotone poslove. Šetajući parkom, gledate oko sebe i vidite svakakve robote. Humanoidna stvorenja šetaju pse, prodaju sladoled, popravljaju električne instalacije i čiste područje. Neki modeli zamjenjuju kućne ljubimce.
Dobili smo priliku otkriti sve tajne Svemira i zaviriti u sebe. Medicina je dosegla novu razinu - svaki tjedan se razvijaju inovativni lijekovi. Možemo predvidjeti i odrediti gdje se nalaze rijetki resursi poput plina i nafte. Problem globalnog zatopljenja je riješen, metode uštede energije su optimizirane, a u gradovima više nema prometnih gužvi. Kvantno računalo ne samo da upravlja svim robotskim automobilima, već osigurava i slobodno kretanje: prati situaciju na cestama, prilagođava rute i po potrebi preuzima kontrolu od vozača. Ovako bi moglo izgledati kvantno doba.
Kvantna zlatna groznica
Izgledi za primjenu su nevjerojatni, zbog čega ulaganja u kvantni razvoj svake godine rastu. Globalno tržište kvantnog računalstva procijenjeno je na 81,6 milijuna dolara u 2018. godini. Stručnjaci Market.us procjenjuju da će do 2026. dosegnuti 381,6 milijuna dolara. Odnosno, povećavat će se u prosjeku za 21,26% godišnje od 2019. do 2026. godine.
Ovaj rast je potaknut rastućom upotrebom kvantne kriptografije u sigurnosnim aplikacijama i potaknut ulaganjima dionika na tržištu kvantnog računalstva. Prema analizi znanstvenog časopisa Nature, do početka ove godine privatni investitori financirali su najmanje 52 tvrtke kvantne tehnologije diljem svijeta. Glavni igrači kao što su IBM, Google, Alibaba, Microsoft, Intel i D-Wave Systems bore se za stvaranje praktično primjenjivog kvantnog računala.
Da, sve dok novac koji svake godine pritječe u ovo područje predstavlja mali izdatak (u usporedbi s 2018 milijarde dolara ulaganja u AI u 9,3.). Ali ove brojke su značajne za nezrelu industriju koja se još ne može pohvaliti pokazateljima uspješnosti.
Rješavanje kvantnih problema
Morate shvatiti da je danas tehnologija još uvijek u povojima. Bilo je moguće stvoriti samo prototipove kvantnih strojeva i pojedinačne eksperimentalne sustave. Sposobni su izvršavati fiksne algoritme niske složenosti. Prvo 2-qubit računalo stvoreno je 1998. godine, a čovječanstvu je trebala 21 godina da dovede uređaje na odgovarajuću razinu takozvane "kvantne nadmoći". Ovaj izraz skovao je profesor John Preskill s Caltecha. A to znači sposobnost kvantnih uređaja da probleme rješavaju brže od najjačih klasičnih računala.
Proboj na tom području napravila je kalifornijska tvrtka Google. U rujnu 2019. korporacija je objavila da je njezin 53-qubit uređaj Sycamore dovršio izračun u 200 sekundi za koji bi vrhunskom superračunalu trebalo 10 godina. Izjava je izazvala mnogo kontroverzi. IBM se kategorički nije složio s takvim izračunima. U svom blogu tvrtka je napisala da će se njeno superračunalo Summit nositi s ovim zadatkom za 000 dana. A sve što je potrebno je povećati kapacitet diskovne pohrane. Iako u stvarnosti razlika nije bila tako kolosalna, Google je doista bio prvi koji je postigao "kvantnu nadmoć". A ovo je važna prekretnica u računalnim istraživanjima. Ali ništa više. Sycamoreov podvig je isključivo u svrhu demonstracije. Nema praktične primjene i beskoristan je za rješavanje stvarnih problema.
Glavni problem je hardver. Dok tradicionalni računalni bitovi imaju vrijednost 0 ili 1, u čudnom kvantnom svijetu, kubiti mogu biti u oba stanja u isto vrijeme. Ovo se svojstvo naziva superpozicija. Qubiti su poput vršalica: okreću se u smjeru kazaljke na satu i suprotno od njega, pomiču se gore-dolje. Ako vas ovo zbunjuje, onda ste u odličnom društvu. Richard Feynman je jednom rekao: "Ako mislite da razumijete kvantnu mehaniku, ne razumijete je." Hrabre riječi čovjeka koji je dobio Nobelovu nagradu za... kvantnu mehaniku.
Dakle, kubiti su izrazito nestabilni i podložni vanjskim utjecajima. Automobil koji prolazi ispod laboratorijskih prozora, unutarnja buka rashladnog sustava, leteća kozmička čestica - svaka nasumična interferencija, svaka interakcija remeti njihov sinkronicitet i oni dekoheriraju. Ovo je štetno za računalstvo.
Ključno pitanje za razvoj kvantnog računalstva je koje će hardversko rješenje od mnogih istraženih osigurati stabilnost qubita. Tko god riješi problem koherentnosti i kvantna računala učini uobičajenim poput GPU-a, dobit će Nobelovu nagradu i postati najbogatija osoba na svijetu.
Put do komercijalizacije
Godine 2011. kanadska tvrtka D-Wave Systems Inc. je prvi počeo prodavati kvantna računala, iako je njihova korisnost ograničena na određene matematičke probleme. A u nadolazećim mjesecima, milijuni programera moći će početi koristiti kvantne procesore kroz oblak – IBM obećava da će omogućiti pristup svom 53-qubit uređaju. Do sada je 20 tvrtki dobilo ovu privilegiju u sklopu programa pod nazivom Q Network. Među njima su proizvođač opreme Samsung Electronics, proizvođači automobila Honda Motor i Daimler, kemijske tvrtke JSR i Nagase, banke JPMorgan Chase & Co. i Barclays.
Većina tvrtki koje danas eksperimentiraju s kvantnim računalstvom vide ga kao sastavni dio budućnosti. Njihova glavna misija sada je otkriti što funkcionira u kvantnom računalstvu, a što ne. I budite spremni prvi uvesti tehnologiju u poslovanje kada ona bude spremna.
Transportne organizacije. Volkswagen zajedno s D-Waveom razvija kvantnu aplikaciju – sustav kontrole prometa. Novi program omogućit će organizacijama javnog prijevoza i taksi tvrtkama u velikim gradovima da učinkovitije koriste svoj vozni park i minimiziraju vrijeme čekanja putnika.
Energetski sektor. ExxonMobil i IBM promiču korištenje kvantnog računarstva u energetskom sektoru. Usmjereni su na razvoj niza novih energetskih tehnologija, poboljšanje energetske učinkovitosti i smanjenje emisije stakleničkih plinova. Opseg i složenost izazova s kojima se suočava energetski sektor izvan su opsega današnjih tradicionalnih računala i dobro su prikladni za testiranje na kvantnim računalima.
Farmaceutske tvrtke. Accenture Labs surađuje s 1QBit, tvrtkom za kvantni softver. U samo 2 mjeseca prešli su put od istraživanja do dokaza koncepta—upotrebom aplikacije za modeliranje složenih molekularnih interakcija na atomskim razinama. Zahvaljujući snazi kvantnog računalstva, sada je moguće analizirati veće molekule. Što će to dati društvu? Inovativni lijekovi s najmanje nuspojava.
Financijski sektor. Tehnologije temeljene na principima kvantne teorije sve više privlače interes banaka. Zainteresirani su za što bržu obradu transakcija, trgovine i drugih vrsta podataka. Barclays i JP Morgan Chase (s IBM-om), kao i NatWest (s Fujitsuom) već provode svoje eksperimente u razvoju specijaliziranog softvera.
Prihvaćanje od strane tako velikih korporacija i pojava poduzetnih kvantnih pionira dovoljno govori o komercijalnoj održivosti kvantne tehnologije. Već vidimo kako se kvantno računalstvo primjenjuje na probleme u stvarnom svijetu, od poboljšanja energetske učinkovitosti do optimizacije ruta vozila. I što je još važnije, vrijednost tehnologije će rasti kako se bude razvijala.
Izvor: www.habr.com