W niczym nie przypominają komputerów, które stoją na naszych biurkach, to raczej plątanina kabli i rurek zajmująca sporo miejsca. Są wymagające: do ich utrzymania wymagana jest temperatura bliska zera absolutnego (czyli -273,15 st. Celsjusza). Najlepszy obecnie taki komputer IBM składa się z 50-kwantowych bitów i zachowuje stabilność przez 90 mikrosekund. To rekordowy czas, ale do pełnej sprawności wciąż daleko.
Joanna Sosnowska: I przy tym komputery kwantowe mają się upowszechnić w ciągu 5 lat?
dr Robert S. Sutor: Jesteśmy w stanie “quantum ready”. I, owszem, komputery kwantowe zaczną się upowszechniać nawet szybciej, a to oznacza zmiany. Sposób programowania komputera kwantowego jest zupełnie odmienny, dlatego nasza firma skupia się teraz na edukacji studentów. Gdy będą kończyć uczelnię, ta technologia będzie już w użyciu.
Wyjaśnijmy najpierw, czym jest komputer kwantowy.
Bit może występować w dwóch postaciach: 0 albo 1. Kwantowy bit - kubit - zachowuje się inaczej niż wszystkie inne obiekty. Kubit można porównać do sfery, gdzie biegun północny to 0, a południowy to 1. Informacje mogą być w każdym momencie gdzieś na tej sferze. Kiedy kończymy obliczanie w ramach rejestru kwantowego w kubicie, musimy określić jego stan i przenieść do rejestru klasycznego, żeby otrzymać wynik. W dużym uproszczeniu wydajemy komendę: kubicie, teraz musisz wybrać - będziesz zerem czy jedynką? Na naszej sferze jedynymi punktami, które mogą się tak określić, są biegun północny i południowy. Każdy inny punkt jest od nich oddalony, niektóre są na równiku. Kiedy “zmuszam kubit” do podjęcia decyzji, operuję na prawdopodobieństwie. Punkty na równiku są w tzw. superpozycji, więc jest 50-proc. prawdopodobieństwo co do wyboru jednego albo drugiego bieguna.
Nic dziwnego, że komputery kwantowe są niezrozumiałe dla ludzi.
Mechanika kwantowa może przyprawić o ból głowy. Niewiele osób na świecie wie, jak to naprawdę działa, dlatego też trudno jest znaleźć fachowców, którzy będą umieli wykorzystać jej potencjał. Ludzie stworzyli nawet religie wokół mechaniki kwantowej. A do tego kubit zachowuje się inaczej niż bit. W przypadku 1 kubita można operować 2 informacjami - jaka jest pozycja wobec 0 i jaka jest pozycja wobec 1. W przypadku 2 kubitów mamy już 4 możliwe stany, 3 kubitów - 8. W przypadku 10 kubitów mamy już 1024 dozwolonych stanów. Gdy jednocześnie działa wiele kubitów, ilość danych, które mogą przetwarzać, rośnie wykładniczo. To właśnie dlatego komputery kwantowe mają tak dużą moc obliczeniową i dlatego są tak niezrozumiałe dla ludzi.
Ale po co nam w zasadzie tak potężne komputery?
Molekuła kofeiny jest relatywnie mała. Jednak gdybyśmy mieli opisać wszystkie informacje o jej konfiguracji energetycznej: elektronach, neutronach, protonach, to okazuje się, że jest ich przerażająco dużo. Aby opisać stan energetyczny tej molekuły, potrzebne jest wykorzystanie 10 do 48 potęgi. Szacuje się, że liczba atomów na ziemi to między 10 do 49. potęgi a 10 do 50. Czyli do kompletnego opisania molekuły kofeiny potrzeba co najmniej 10 proc. liczby atomów na świecie. Jednakże w przypadku komputera kwantowego potrzebujemy “zaledwie” 160 kubitów, aby przetworzyć te dane. Takich informacji nigdy nie uda nam się przetworzyć na klasycznym komputerze. Nawet jeśli weźmiemy cząsteczkę penicyliny, która jest trochę większa od kofeiny, to liczba informacji niezbędna do jej kompletnego opisania jest większa niż liczba atomów w widzialnym wszechświecie.
Z tego, co pan mówi, wynika, że komputery kwantowe przydadzą się przede wszystkim naukowcom.
Wydaje się bardziej prawdopodobne, że komputery kwantowe zostaną zastosowane najpierw do badań materiałowych niż np. do opracowywania nowych leków. Możemy tu mówić o wynalezieniu nowego cementu, lubrykantów, katalizatorów. Są to relatywnie małe molekuły, do których nie potrzeba dużych komputerów kwantowych.
A kiedy pierwsze nowe leki?
Najwcześniej za 10 lat, ale leki to nie wszystko. Fundusze emerytalne mogłyby minimalizować ryzyko inwestycji. Linie lotnicze będą mogły wykorzystywać komputery kwantowe do obliczania najbardziej efektywnej trasy spośród wszystkich innych tras. Komputery kwantowe mogą dokonywać obliczeń dla usług finansowych. Np. fundusze emerytalne, banki inwestycyjne mogą symulować sposób, w jaki świat zareaguje na dane wydarzenia. Robi się to przez symulację milionów różnych punktów, na tej podstawie powstaje model i wtedy prognozuje się np. wzrost cen. Komputery kwantowe mogą skrócić czas obliczeń i dokonywać ich z większą dokładnością. Mogą też z większą dokładnością przewidywać nieoczywiste wydarzenia, np. załamanie się wartości waluty.
Czy przybliżą nas do stworzenia sztucznej inteligencji?
Rozmawialiśmy już o superpozycjach. Ale mechanika kwantowa uwzględnia jeszcze jeden ciekawy stan - splątanie. Dwie cząsteczki niezależnie od tego, jak daleko są od siebie, są tak silnie skorelowane, że jeśli znasz stan jednej z nich, to również znasz stan tej drugiej. Jednakże nie jest możliwe określenie ich stanu jako pojedynczego elementu. W teorii działa to nawet, jeśli znajdują się na dwóch przeciwstawnych krańcach wszechświata. Einstein nienawidził splątania i określał mianem “przerażających działań na odległość”, bo chciał, żeby wszystko było zorganizowane i deterministyczne. A mechanika kwantowa mówi nam, że jest przeciwnie - świat oparty jest na prawdopodobieństwie. A samo splątanie można wywołać. Można sprawić, by poszczególne kubity były splątane z innymi. Dzięki temu nie tylko mamy wykładniczy wzrost mocy obliczeniowej, ale też kubity zaczynają współdziałać. Czy można zastosować tę właściwość do rozwoju sztucznej inteligencji? Tego na razie nie wiem. Wiem, że komputery kwantowe mogą pomóc w przyspieszeniu AI na dwa sposoby. Pierwszy to analiza dzisiejszych algorytmów. Być może komputery kwantowe są w stanie je zoptymalizować i byłaby to poprawa obliczeń, które funkcjonują już dziś. A drugi to sprawdzenie, czy dzięki komputerom kwantowym możemy opracować zupełnie nowe algorytmy. Takie, które będą rozwiązywać te same problemy, ale w zupełnie inny sposób.
Pojawiają się pierwsze obawy, że komputery kwantowe zniszczą blockchain, bo będą w stanie go zdeszyfrować. To prawda?
Ta obawa często się powtarza dlatego, że zbyt rzadko mówi się o szczegółach. Historia zaczyna się w 1994 r., gdy matematyk Peter Shor stworzył niesamowity algorytm dla komputerów kwantowych, który wykładniczo przyspieszał obliczenia.
Gdy powstawał algorytm, komputerów kwantowych jeszcze nie było?
Nie. Nie było też kubitów, które dziś możemy podzielić na logiczne i fizyczne. Jego dowód odnosi się do kubitów logicznych. Różnica między tymi typami kubitów polega na tym, że kubity fizyczne obarczone są błędami. Nie zachowują się więc tak, jak zakładają to podręczniki. Ich działanie poprawia się z dnia na dzień, inżynierowie też są w stanie wyłapać błędy, ale one i tak się zdarzają. Inna kwestia to czas koherencji, czyli kubit fizyczny ma określony czas na obliczenia. W świecie obecnym wyglądałoby to tak: patrzysz na zdjęcie na smartfonie, ale po kilku sekundach poszczególne piksele się wyłączają. Z czasem tych nieaktywnych pikseli przybywa, aż w końcu wcale nie widzisz swojego zdjęcia. Czas odkąd zaczynasz patrzeć na zdjęcie do momentu, w którym piksele zaczynają się wyłączać, to właśnie czas koherencji. Aby stworzyć kubit logiczny potrzebna co najmniej tysiąca kubitów fizycznych. W największym komputerze kwantowym IBM jest 50 kubitów. Jeszcze nikomu nie udało się zbudować większego. Aby złamać szyfrowanie blockchaina potrzeba stu milionów fizycznych kubitów. My mamy 50. Jeśli dojdziemy do 100 milionów, to zajmie to dekady.
Zatem blockchain będzie bezpieczny jeszcze bardzo długo.
A co z zabezpieczeniami sieci? Na przykład infrastruktury państw?
W przypadku infrastruktury państwowej jest podobnie, złamanie obecnej kryptografii przez komputery kwantowe zajmie lata. Ludzie mówią częściej o blockchainie dlatego, że martwią się o swoje bitcoiny.
Nasuwa mi się następujący wniosek: komputery kwantowe nadejdą w ciągu kolejnych pięciu lat, ale nie wprowadzą radykalnych zmian.
Przyszłość nie jest w pełni kwantowa ani w pełni klasyczna - będzie hybrydowa. Widzimy to już teraz, bo algorytmy, z których korzystamy przy obliczeniach chemicznych, już teraz są hybrydowe. Klasyczne komputery nie odejdą i nie zostaną zastąpione przez komputery kwantowe.
Nic tak nie nawilża jak kubity... :) Aczkolwiek prawdopodobieństwo, że nawilżą to, co potrzeba, to już zupełnie inna sprawa...
dwavesys.com
a jakieś konkrety?
Możesz się na niego zalogować zdalnie . Problem jest z tym że liczba qubitów określa przydatność a stabilność bardzo maleje ze wzrostem qubitów
Nasze mózgi to działające komputery kwantowe.
Powolutku. Czym innym jest logowanie się na stronę reklamowaną jako komputer kwantowy (toczą się dyskusje czy tak jest w tym przypadku czy nie) a czym innym sugerowanie, że za pięć lat będziemy mieli w kieszeniach komputery kwantowe, jak dziś np. komórki. Mamy tu do czynienia z marketingowym szumem, podobnie jak w latach 1950-tych kiedy migające lampki ówczesnych komputerów o mocy dzisiejszego zegarka elektronicznego okrzyknięto dumnym mianem "mózgów elektronowych". Konik morski to jednak nie koń do jazdy prawda?
Tak sobie coś napisałeś i uważasz, że teraz ciemny ludek dostanie twoją prawdę objawioną do wierzenia bez dyskusji? A gdzie dowód? A co takiego kwantowego jest w naszych mózgach? Gdzie mamy tam mechanizmy oddziaływań splątanych, warunkujących nasze myślenie? Wiemy, że procesy w mózgu to transport kationów wapnia, tak, możemy mówić o procesach chemo-elekrycznych, ale to ciągle makroświat a nie fizyka kwantowa. I jak te procesy funkcjonują w szczegółach nie wiemy. Mówienie, że mózg to komputer jest bardzo warunkowe a co dopiero spekulacja, że to komputer kwantowy. Najpierw zresztą musielibyśmy mieć te komputery kwantowe a nie laboratoryjne eksperymenty. Jak będę miał komputer kwantowy w kieszeni, który mi przeliczy tabelkę w exelu to pogadamy.
To przecież debil z University of Youtube, a ty z nim polemizujesz.
polemizuję z każdym o ile polemika jest na argumenty a nie na osobiste wycieczki.
Jak suweren da mu kopa w dobrze unerwioną część korpusu poniżej pleców.
to "dwuch" dyskflifikuje się jako dyskutanta o kwantowych komputerach.
Dyskutuj o elementarzu.
nie musisz łamać kijka. Wystarczy, że narysujesz okrąg cyrklem i sprawdzisz stosunek srednicy do obwodu. W rozwinięciu (np. dziesiętnym) tego ułamka znajdziesz wszystkie mozliwe informacje jaki tobie przyjdą (lub nie) do głowy. Problem nadal tkwi w kompletnym braku możliwości odróżnienia informacji prawdziwej od nieprzystającej do rzeczywistości....
W przypadku kija nie ma co dowodzić, to wynika z założenia.
W przypadku okręgu nie ma dowodu, że pokrywane sa wszystkie kombinacje. Jest tylko dowód, że sie nie powtarzają.
To zdyskwalifikuj też Einsteina, Faradaya, Galileusza, da Vinci, Maxwella i Tesle.
Twoja arogancja jest tylko pochodną wymiaru Twojej niewiedzy...
"...w rozwinięciu dziesiętnym liczby \pi pojawia się każdy możliwy skończony ciąg cyfr. Jeśli literom alfabetu przypiszesz kolejne liczby, to w rozwinięciu \pi odnajdziesz każde słowo, każde zdanie, każdą książkę którą kiedykolwiek napisano. Ale odnajdziesz więcej: odnajdziesz każdą książkę, której nigdy nie napisano, odnajdziesz imiona i daty urodzin wszystkich ludzi, którzy kiedykolwiek się urodzili, i tych, którzy nie mieli szczęścia pojawić się na świecie. Dla każdego człowieka który istniał lub nie istniał, odnajdziesz jego biografię. Odnajdziesz całą historię swojego życia, ale też wszystkie historie żyć, które Ci się nie przytrafiły. W tej niepozornej liczbie tkwi zapisany cały dzisiejszy internet, wszystkie jego strony, blogi, posty i wiadomości, wraz z wszystkimi możliwymi reprezentacjami tego internetu (np. całym internetem przetłumaczonym na język kaszubski). Kiedy następnym razem spojrzysz na liczbę \pi, zdobądź się na szacunek, bo liczba ta zawiera w sobie cały Wszechświat. O ile nauka jest poezją rzeczywistości, o tyle matematyka jest tej rzeczywistości magią...."
Wybacz ale matematyka to nie poezja, dowód proszę.
Dodam jeszcze prosty przyklad:
Weźmy liczbę niepowtarzalną, 1.13113111311113... , nigdy nie wystąpi 2.
"nie musisz łamać kijka"
Kijek jest kluczowym elementem opowiadania o kosmicie, który postanowił zabrać na swoją planetę całą zgromadzoną przez ludzi wiedzę. Stosunek długości fragmentów kija jest równy proporcji dwóch niepodzielnych względem siebie liczb, wyłonionych przez podział ciągu cyfr, będącego uszeregowaną w jeden strumień danych zdigitalizowaną wiedzą ludzkości.
Po co dźwigać kij Dźwiganie zostawmy na przykład fizykom doświadczalnym ;))
Matematykowi wystarczy prosty algorytm w jego głowie - jak "składać" cyfry kolejnych liczb naturalnych; 1, 2, 3 ... 9, 10, 11 ... w rozwinięcie dziesiętne, definiujące liczbę W (nazwijmy ją W od "Wszechwiedząca", choć jest niedużą, dodatnią ale mniejszą przecież od 1 liczbą) w następujący prosty sposób:
W = 0,12345678910111213...9899100101...
Dowolna liczba naturalna (jako skończony ciąg reprezentujących ją cyfr) więc się w tym rozwinięciu prędzej czy później znajdzie, z definicji.
Każda informacja (Biblia, "Das Kapital", etiudy Chopina, numery loterii następnego losowania, zdjęcie cioci itd) daje się "zamienić" na pojedyńczą (gigantyczną często, ale jednak) liczbę. Komputery to robią z natury rzeczy, gdy "digitalizują" daną informacjię na ciąg zer i jedynek (i odwrotnie) - a dowolny skonczony ciąg zer i jedynek można zawsze traktować jako pojedyńczą liczbę naturalną wyrażoną binarnie.
Więc jeśli w tym sensie np. Biblia, jako informacja, jest (bardzo wielką, ale jednak) liczbą naturalną, to ona "już tam jest" gdzieś zakodowana w naszej liczbie W ;)
Ale kopalni wiedzy to z tej naszej liczby W jednak niestety nie czyni . . .;)))
Inne podejście tego samego "paradoksu" to nowelka Jorge Luis Borgesa "La biblioteca de Babele". Po angielsku: "The Library of Babel":
//libraryofbabel.info/libraryofbabel.html
Przyjemnej lektury.
Ach, teraz rozumiem dlaczego kijek - tu "może" być zakodowany ułamek (ze skończonym rozwinięciem na przykład dziesiętnym) który opisuje TYLKO faktyczne informacjje - ich skończony zbiór, i nic więcej.
Dzięki.
Ups, mea culpa,, nie od razu pokumałem. :(
To naprawdę nie jest te sto milionów kubitów wymienione w artykule....
A jakiej technologii potrzeba, żeby podrobić zwykły podpis? Długopisu? I jakie kwalifikacje ma urzędnik, który weryfikuje autentyczność podpisu? To zawsze jest stosunek kosztu do korzyści - jeżeli potrzeba technologii, która kosztuje setki milionów do włamania na konto, na którym jest kilka tysięcy to śpię spokojnie.
nie bardzo wiesz o czym piszesz. Podpis elektroniczny jest np. uzywany w elektronicznym notariacie. Jestes w stanie ogarnąć co to oznacza jeżeli będziesz mógł podrobić, w sposób niezaprzeczalny, podpis elektroniczny notariusza? Załapałeś już o czym napisałem?
Nie histeryzujcie, stryjku. Napijcie się naleweczki i lulu.
Jedyna skuteczną obroną jest zniszczenie umowy, którą podpisano elektronicznie. Wtedy nie będzie czego podrabiać. A na poważnie - podpisy cyfrowe będa zabepieczone kwantowo, wykorzystując własnie splątanie. Wtedy każda ingerencja w takie zabezpieczenie będzie widoczna
Bedą zabezpieczone , kiedy ? Te w naszych dowodach wydawanych za rok też ? Na szczęście 100 qubitów działające stabilnie to jeszcze daleka droga.