Prof. UAM Karol Bartkiewicz z Instytutu Spintroniki i Informacji Kwantowej UAM o tym, czy komputery kwantowe zapoczątkują kolejną rewolucję przemysłową
Przewiduje się, że obliczenia kwantowe zrewolucjonizują przemysł i naukę, rozwiązując problemy, z którymi klasyczne komputery nie mogą sobie poradzić. Oczekiwania ze strony przemysłu dodatkowo podsycane są przez szybki postęp technologiczny w tej dziedzinie. Już dziś dostępne są usługi wykonywania obliczeń kwantowych. W odpowiedzi na te wszystkie oczekiwania na UAM planowane jest uruchomienie kierunku studiów, na którym kształcić się będą informatycy kwantowi.
Patrząc dalej w przyszłość, zakładamy, że komputery kwantowe nie tylko będą wspierać tradycyjny komputer, ale zaczną z nim konkurować. Zadania, których wykonanie zajęłoby klasycznym komputerom miliardy lat, komputery kwantowe mogą rozwiązać w ciągu kilku sekund. Taki skok obliczeniowy przewróci do góry nogami wiele dziedzin; zmieni się sposób zarządzania finansami, działanie opieki zdrowotnej, diagnostyka i medycyna, a nawet sektor energetyczny. Kwantowa rewolucja otworzy przed nami wiele możliwości i postawi na naszej drodze sporo wyzwań. Warto się nad nimi zastanowić już dzisiaj. Trudno przewidzieć, w jaki sposób komputery kwantowe zmienią świat. Niektórzy wizjonerzy wieszczą rewolucję finansową. Inni twierdzą, że rola komputera kwantowego sprowadzi się do rozszerzenia mocy obliczeniowej tradycyjnego komputera. Jednak wszystko wskazuje na to, że już wkrótce będziemy czerpać korzyści płynące z ich zastosowania.
Jednym z ciekawszych zastosowań komputera kwantowego jest medycyna. Obliczenia kwantowe w naturalny sposób przypominają zachowanie cząsteczek i atomów. Kwantowe symulacje mogą więc pomóc w opracowaniu nowych leków lub ulepszaniu tych istniejących. Dzięki obliczeniom kwantowym nowe leki powstaną szybciej, a nowe metody leczenia będą testowane wydajniej i dokładniej.
Obliczenia kwantowe mogą również pomóc w tworzeniu dokładniejszych modeli klimatycznych, które następnie można wykorzystać do łagodzenia skutków zmian klimatu i dbania o zrównoważony rozwój. Kwantowe symulacje pomogą optymalnie zaplanować wykorzystanie zasobów, oszczędzając energię i zapobiegając marnotrawstwu.
Kwantowo można też optymalizować modele finansowe. Mając do dyspozycji dokładniejsze prognozy finansowe, można podejmować lepsze decyzje, co przekłada się na poprawę efektywności rynków finansowych i redukcję ryzyka inwestycyjnego.
Komputery kwantowe mogą znaleźć zastosowanie w AI. Uczenie modeli sztucznej inteligencji to czasochłonny proces. Zastosowanie obliczeń kwantowych do jego przyspieszenia pomoże zwiększyć dokładność i wydajność AI i opartych na niej narzędzi.
Rozwój technologii kwantowych całkowicie zmieni też myślenie o bezpieczeństwie cybernetycznym. Z jednej strony, obliczenia kwantowe pozwolą łamać metody szyfrowania, których obecnie używamy do zabezpieczenia naszych danych. Z drugiej, informatyka kwantowa oferuje możliwość stworzenia nowych, bezpieczniejszych metod szyfrowania, które są nie do złamania przy użyciu zwykłych komputerów.
Naukowcy aktywnie pracują nad stworzeniem praktycznego komputera kwantowego. Poczyniono już na tym polu znaczne postępy. W 2019 roku komputer kwantowy Sycamore opracowany przez Google rozwiązał w 200 sekund problem, którego rozwiązanie zajęłoby tradycyjnemu komputerowi dziesiątki tysięcy lat. Choć później okazało się, że nie doszacowano możliwości komputera klasycznego, komputery kwantowe wciąż mają nad klasycznymi olbrzymią przewagę pod względem prędkości obliczeń i energooszczędności działania. Niemniej droga do praktycznego komputera kwantowego nie jest pozbawiona przeszkód.
Po pierwsze, należy zapewnić stabilność ich działania. Naukowcy pracują nad metodami korekcji błędów w przypadku dekoherencji kwantowej, czyli sytuacji, gdy układy kwantowe tracą spójność i stają się podatne na błędy. Niektóre z tych rozwiązań są badane na UAM.
Kolejna kwestia to zwiększenie liczby kubitów, czyli bitów kwantowych w komputerze kwantowym. Opracowany w 2022 IBM Osprey ma 433 kubity. Zwiększenie mocy obliczeniowej do tysięcy kubitów jest jednak znacznym wyzwaniem. IBM planuje sprostać mu w ciągu paru lat (zob. https://www.ibm.com/quantum/roadmap). Należy pamiętać, że o mocy komputera kwantowego decyduje liczba i jakość kubitów oraz zdolność do korekcji błędów. Dlatego trudno jest bezpośrednio porównywać moc komputerów kwantowych i oceniać ich możliwości.
Możliwe, że pierwsze praktyczne komputery kwantowe pojawią się na rynku w ciągu następnej dekady, ale trudno jest z całą pewnością stawiać prognozy.
