Nowoczesne komputery a ich pierwsze modele dzieli przepaść – to jakby porównywać Fiata 126p z autami dostępnymi w salonach. Mimo to współczesne komputery dysponują ograniczonymi możliwościami obliczeniowymi. Spełnienie wielu poleceń i zadań nawet dla nich nie jest możliwe, a wyników obliczeń nie można uzyskać tak szybko, jak byśmy chcieli. Rozwiązaniem może być komputer kwantowy – ciekawi Was, jak działa?
Nadzieja czy marzenie?
Branża komputerowa zmienia się dynamicznie, wciąż przynosząc innowacje i nowe rozwiązania. Porównując procesory, systemy operacyjne i inne podzespoły, widać, że postęp jest ogromny. Mimo to niektóre stawiane przed pecetami wyzwania są zbyt ambitne, a poza tym wymagają zaangażowania ogromnej liczby procesorów, generują wysokie koszty ich zasilania i chłodzenia. Branża komputerowa duże nadzieje pokłada jednak w komputerach kwantowych. Co to za urządzenia i czy nie są jedynie mrzonką zapalonych producentów?
Komputer kwantowy a klasyczny
Główne zasady działania komputera kwantowego i klasycznego peceta są podobne, ale wykorzystuje on prawa fizyki kwantowej. Co to oznacza w praktyce? Szansę na osiąganie znacznie większej mocy obliczeniowej. Jeśli pamiętacie ze szkoły, prawa fizyki kwantowej czasami wydają się nie mieć wiele wspólnego ze zdroworozsądkowym myśleniem.
Zacznijmy od tego, że dwa podstawowe stany logiczne to zero i jedynka – właśnie z nich są zbudowane dane zapisane w komputerze. System binarny pozwala stworzyć 255 różnych liter, cyfr i znaków, które wyświetlają się na ekranie komputera. Klasyczne modele z pamięci pobierają dane, ciąg bitów – zer i jedynek – następnie je przetwarzają zgodnie z ustalonym algorytmem, który daje wynik stanowiący odmienną kombinację zer i jedynek.
Dlaczego moc obliczeniowa jest tak ważna?
Za reprezentację zer i jedynek przyjęto tranzystory, przy czym stan włączony to cyfra 1, a wyłączony to 0. Układy tranzystorów tworzą bramki służące do obliczeń matematycznych. Moc obliczeniowa procesorów zależy m.in. od układów zbudowanych z miliardów tranzystorów – jeden tranzystor ma raptem kilka nanometrów, a wciąż dąży się do jego
Dzieje się to zgodnie z prawem Moore’a, według którego liczba tranzystorów w mikroprocesorze podwaja się co 18 miesięcy (obecnie co 2 lata). Mimo że postęp ten właśnie zachodzi, spowalnia, gdyż jest już blisko granicy – oznacza to, że tranzystor uzyska rozmiar pojedynczego atomu, a do przełączania jego stanu od 0 do 1 służył będzie elektron, nie zaś ich wiązka.
Problemem byłoby wyprodukowanie tak małych tranzystorów, ale przede wszystkim zjawiska kwantowe, jakim podlegają pojedyncze atomy i elektrony. Na przykład, klasyczny tranzystor może przyjmować wartość 0 lub 1, a bit kwantowy może zajmować tzw. superpozycję, czyli być równocześnie w stanie 1 i 0. Kubit może zatem wykonywać wiele poleceń równocześnie, a zwykły komputer działa liniowo, dokonuje obliczeń po kolei. To z tego powodu wyzwaniem jest dla nich np. łamanie szyfrów, a kwantowy wykona polecenie w kilka minut.
Komputer kwantowy, czyli komputer przyszłości?
Prace nad budową komputera kwantowego zaczęły się już w latach 90. ubiegłego wieku, ale postępy były bardzo wolne. Dopiero niedawno powstały maszyny, które można wykorzystywać, ale są one duże i niedopracowane. Szacuje się, że trzeba jeszcze poczekać co najmniej około 10-15 lat. Duże kłopoty przy jego budowie sprawia zmienność stanu kwantowego. Jedyny komputer kwantowy będący w sprzedaży to D-Wave 2x, wykorzystywany m.in. do oceny ryzyka finansowego i innych obliczeń.
Model ten wygląda jak ogromna szafa, dlatego też komputer kwantowy jeszcze długo nie będzie służył nam jako mobilne urządzenie. Mimo to niebawem zapewne będziemy coraz częściej korzystać z ich możliwości i rozwijać ich potencjał. W centrach obliczeniowych dużych firm, korporacji, banków, ale i rządów, będą wspierać klasyczne komputery.
Co więcej, liczne aplikacje i usługi działają w chmurze, więc obliczenia mogą być wykonywane zdalnie. Potrzebujący ponadprzeciętnej mocy obliczeniowej już mogą wynająć D-Wave 2x, który wykona zlecone mu zadania na odległość.
