Cywilizacja

Komputerowa rewolucja kwantowa zmieni świat. Czy Polska weźmie w niej udział?

Kluczem do przyszłości jest uczestniczenie w przełomach technologicznych, a nie przesypianie ich. W rewolucji przemysłowej nie uczestniczyliśmy, bo zabory, w krzemowej – bo komunizm. Kolejna rewolucja – kwantowa 2.0 – nie może odjechać nam sprzed nosa.

„Niedawno Google ogłosiło całemu światu, że budowany przez niego komputer kwantowy o nazwie Sycamore potrzebuje zaledwie kilku minut, by dokonać obliczeń, które klasycznemu komputerowi zajęłyby ok. 10 tysięcy lat. Teraz dochodzą do nas wieści o pobiciu tego rekordu przez najnowszy i jeden z najbardziej zaawansowanych na świecie komputerów kwantowych z Chin.

Naukowcy na co dzień pracujący przy maszynie przyszłości o nazwie Jiuzhang, wykonali w zaledwie 180 sekund niezwykle skomplikowaną symulację na swoim nowym komputerze kwantowym. Okazuje się, że stworzenie podobnej symulacji zajęłoby najpotężniejszemu obecnie na świecie japońskiemu superkomputerowi Fugaku aż 600 milionów lat, a chińskiemu Sunway TaihuLight, trzeciemu najszybszemu na świecie, nawet 2,5 miliarda lat” – donosił pod koniec ubiegłego roku „Geek Week” [1].

Specjaliści twierdzą – wbrew popularnym wyobrażeniom, uformowanym w nas przez dogasającą właśnie rewolucję krzemową – iż w komputerach kwantowych nie chodzi wcale o to, żeby jeszcze szybciej móc „walić w joystick”. Oczywiście nawet Stanisław Lem nie przewidział, że komputery zamiast wysłać nas masowo w kosmos, masowo ogłupiają nas grami oraz schamiają równie masowo w mediach społecznościowych. Jaka zatem przyszłość czeka komputery kwantowe i nas z nimi oraz ich niewyobrażalnie większą mocą obliczeniową?
Komputer kwantowy na wystawie China Brand Day 2021 w Szanghaju, 10 maja 2021 r. Fot. Getty Images
Sytuację prosto a dobitnie ujął w rozmowie ze mną dla Naukovo.pl dr hab. Ernest Aleksy Bartnik z Instytutu Fizyki Teoretycznej Uniwersytetu Warszawskiego [2]: „Każdy z nas, kto ma rachunek bankowy czy kartę kredytową, powinien drżeć, bo nadchodzą komputery kwantowe”. Istnieją po prostu sfery naszego codziennego życia, którym i superkomputery przestają obliczeniowo dawać rady. Choćby szyfrowanie operacji bankowych, telekomunikacja, działanie sztucznych inteligencji (AI) zawiadujących funkcjonowaniem nowoczesnych metropolii i komunikacji w nich, czy wreszcie takich AI, które tworzą modele przestrzennego funkcjonowania najistotniejszych dla naszego organizmu biocząsteczek czy leków.

Szyfry nie do złamania. Nie?

Na liście zadań dla komputerów kwantowych, których jeszcze tak całkiem nie ma, ale wkrótce już mogą realnie zaistnieć i działać z pełną, miliard razy większą mocą obliczeniową niż obecne superkomputery, jest wiele innych skomplikowanych zadań. Takich jak… podanie wszystkich czynników pierwszych jakiejś liczby bez pracochłonnej procedury rozkładu, której uczą nas w szkole podstawowej.

W rozwiązaniu tego zadania za pomocą jakiegoś sprytnego wzoru czy krótkiego algorytmu, jak wiedzą doskonale matematycy czy fizycy-teoretycy, leży mnóstwo pieniędzy do zdobycia, więc wielu próbuje. Bez skutku. Zwykły komputer, jak mu pomnożyć liczbę 200-cyfrową przez 200-cyfrową i kazać wyciągnąć szybciutko wszystkie czynniki pierwsze z co najmniej 400-cyfrowego wyniku, to się raczej zawiesza. Superkomputery potrafią wygenerować liczby pierwsze zawierające 25 milionów cyfr. I choć komputery kwantowe dzisiaj i jeszcze za kilka lat nie dadzą rady z 400 cyframi, to wydaje się, że to do nich należy w tej materii przyszłość.

Jak wyjaśnił mi prof. Bartnik, w tzw. szyfrowaniu RSA
[3], najpowszechniej stosowanym dziś do operacji finansowych, jest wykorzystywane właśnie owe mnożenie przez siebie dwóch wielocyfrowych liczb i szukanie czynników pierwszych wyniku. Normalnemu komputerowi zabrakłoby czasu we wszechświecie na zrobienie takiego przeszukiwania i kolejnego dzielenia 400-cyfrowego wyniku mnożenia przez jego wszystkie czynniki pierwsze!

Sztuczna inteligencja to jeszcze nie „umysł w krzemie”. Raczej „automat na sterydach”

Ona nie myśli, popełnia błędy i nigdy niczego nie jest pewna na 100%. Jest w tym uczciwsza od nas.

zobacz więcej
Tu nie są potrzebne żadne klucze do szyfrowania, przekazywane szpiegom w wydrążonych kamieniach przy rozstajnych drogach donikąd. Wystarczy dać – tłumaczył prof. Bartnik – ogłoszenie płatne w „New York Times” treści następującej: „Uwaga szpiedzy polscy w USA, od dziś stosujemy do szyfrowania RSA następujący klucz…” (i tu podajemy ową liczbę 400-cyfrową, która jest iloczynem). Ci, co zaszyfrowali, nie będą umieli z powrotem tego odcyfrować. Nikt nie potrafi, tylko osoba, która zna owe dzielniki wybrane z góry.

Szanowni Państwo, tak są zabezpieczone wszystkie wasze pieniądze, których nie trzymacie w skarpecie w bieliźniarce! Właśnie dlatego, że dla dziś istniejących komputerów rzecz cała jest nie do złamania. Aby ukraść nam pieniądze czy dane z banku, trzeba się po prostu włamać na nasze konto, czyli przejąć zaszyfrowane zabezpieczenia. Ich formę niezaszyfrowaną znamy wyłącznie my. Proste – z kluczem dostępnym publicznie, piękne i nie do złamania w istniejących, dostępnych powszechnie technikach obliczeniowych.

Tu wreszcie trzeba dodać, że na szczęście możemy spać spokojnie, bo od lat powstają algorytmy szyfrowania odporne na ataki z wykorzystaniem komputera kwantowego. Tak więc zanim komputery kwantowe osiągną możliwości, które pozwolą im łamać szyfry, instytucje finansowe oraz IT wymienią algorytmy na lepsze, realizowane z użyciem istniejącego sprzętu. Hasło to „kryptografia postkwantowa”.

Bitowe gender

Szybszych superkomputerów, w oparciu o procesory zbudowane z mikroobwodów krzemowych „drukowanych” przez roboty, nie da się zrobić. Za co odpowiada znów ta niezrozumiała dla większości z nas fizyka kwantowa. Prosto a obrazowo rzecz całą wykładając jest tak, że jak elektrony biegną po owych „wydrukowanych” dla nich krzemowych dróżkach z półprzewodników, to jeśli te dróżki byłyby jeszcze gęściej położone niż są dziś, to elektrony zaczną mimo woli (zwłaszcza zaś wbrew naszym najszczerszym chęciom) przeskakiwać pomiędzy sąsiednimi dróżkami. No nie da się zanieść żadnej informacji w stanie „obwód zamknięty” – 0 i „obwód otwarty” – 1, jeśli elektrony będą skakały niczym króliki, zamiast iść karnie i w porządku po ustalonym dla nich odgórnie obwodzie logicznym.
Douglas McClure, menedżer ds. inżynierii kwantowej, w IBM Research w Yorktown Heights w stanie Nowy Jork pracuje nad komputerem kwantowym IBM Q System One. To pierwszy na świecie komercyjny komputer kwantowy, wyposażonym w 20-kubitowy procesor. Fot. Misha Friedman / Getty Images
Najpierw wyjaśnię zatem, dlaczego technicznie ten kwantowy komputer może być szybszy od tego krzemowego, zero-jedynkowego. W komputerze „klasycznym” jest bit, czyli bardzo upraszczając: przewodnik, w którym prąd albo płynie, albo nie – 1 lub 0. Specjalna bramka logiczna jest albo otwarta – prąd płynie, albo zamknięta – nie płynie. Natomiast jeden bit komputera kwantowego (q-bit) ma tych możliwych stanów znacznie więcej.

Rozważmy np. najprostszy model, czyli spin elektronu. W szkole nas uczyli, że może być w górę albo w dół. No ale w rzeczywistości spin może być pod różnym katem, ergo – liczyć trzeba wszelkie stany pośrednie miedzy „w dół” a „w górę”. Z punktu widzenia obserwatora istnieje jakieś konkretne prawdopodobieństwo, że spin jest w danym konkretnym kierunku. Np. bardzo małe, że w górę i bardzo wielkie, że w dół. W q-bicie jednak jest ono niejako wyrażone łącznie, jako całościowe prawdopodobieństwo. A zatem takich stanów zamiast dwóch jest teoretycznie nieskończenie wiele. Czyli jeśli mamy 10 klasycznych bitów, to mamy 2 do potęgi 10 (1024) możliwości ustawienia cyfr 0 i 1 w 10 par (kombinacji dziesięciobitowych). Dla 10 kubitów te bazowe stany mogą wystąpić z różnymi prawdopodobieństwami jednocześnie.

Komputer kwantowy składa się ze zbioru kubitów. Kubitami są cząstki elementarne, np. fotony lub elektrony. Pierwsze realizacje kontrolowanych obliczeń kwantowych zaprezentowano w 1995 roku. Jednocześnie w kilku ośrodkach udało się skonstruować kwantowe bramki, które przetwarzałyby informacje z wykorzystaniem kubitów [4]. W 2001 roku grupa informatyków z IBM i Uniwersytetu Stanford zademonstrowała rozkład na czynniki pierwsze na 7-kubitowym komputerze kwantowym, opartym o jądrowy rezonans magnetyczny. Dokonano wtedy rozkładu liczby 15 = 3 x 5. Natomiast faktoryzacji liczby 21 dokonała inna grupa badaczy w roku 2011. IBM wprowadził w styczniu 2019 roku komercyjne kwantowe rozwiązanie IT (w chmurze). Usługa IBM Q ma do dyspozycji kwantowe komputery wyposażone w 20-kubitowy procesor. W kwantowym wyścigu uczestniczą też inni giganci rynku IT, chociażby Google.

Nadchodzi era człowieka 2.0. Nowe zmysły, protezy wzroku, implanty pamięci i elektroniczne organy

Już dziś mogę „wskrzesić” Marilyn Monroe czy inną zmarłą osobę – mówi Piotr Psyllos, jeden 30 najlepszych europejskich innowatorów poniżej 30. roku życia.

zobacz więcej
Teoretycznie to dość proste, choć już i na tym poziomie wymaga innych interfejsu, konstrukcji, języków programowania, rozwiązań teoretycznych i techniczno-inżynieryjnych, niż klasyczny procesor bitowy. Co z kolei wyjaśnił mi dr inż. Grzegorz Kasprowicz z Politechniki Warszawskiej, specjalista od systemów elektronicznych. Konstruktor i współtwórca „magnetycznej pułapki na antymaterię” (brzmi jak science fiction, ale rzecz powstała i działa w Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych CERN!) i innych fantastycznych wynalazków, urządzeń niezbędnych do pracy np. tokamakom, maszynom do przeprowadzania kontrolowanej reakcji termojądrowej, które są częścią elektrowni przyszłości. Nazwy i opisy tych urządzeń wprost mnie wyrzucają z kapci. Inż. Kasprowicz dziś współtworzy zespół opracowujący kluczowe komponenty komputerów kwantowych. Rzecz cała jest tajna przez poufna ze względu na oczywiste, potencjalne zastosowania militarne, zatem wielu szczegółów nie można poznać, ale potencjał jest i ja osobiście żywię nadzieję, że owa konstrukcja w Polsce powstanie i zostanie wdrożona.

Teoria wielkiej technologii

Komputer kwantowy jest między innymi instrumentem, dzięki któremu do przodu pójdzie sama fizyka kwantowa czy fizyka cząstek elementarnych oraz astrofizyka. Tajemnice ciemnej materii i energii we wszechświecie też czekają na swoje rozwiązanie. Aparatura dla nauki jest niezbędna – to dzięki niej powstają nowe odkrycia. Konkretne nowe urządzenia były niezbędne, by np. wreszcie odkryć bozon Higgsa – złotego Graala fizyki wysokich energii [5]. Dziś nauka woła o komputer kwantowy równie usilnie, co wojsko, a zwłaszcza specjaliści od kryptografii.

– Gdy technologia nie daje rady i trzeba eksplorować nieoczywiste kierunki, wtedy jest miejsce na innowacje – podkreślił inż. Kasprowicz. Fizycy swoimi teoriami i wyliczeniami wyznaczają granice możliwości, o czym dowcipnie przekonywał amerykański serial komediowy „Teoria wielkiego podrywu” (Big Bang Theory – tytuł nawiązywał do Wielkiego Wybuchu, najwcześniejszego wydarzenia jakie znamy w obserwowanym wszechświecie). Ale granice są też wyznaczane rozwojem technologii. Trzeba umieć też zgrabnie połączyć ze sobą różne dostępne technologie, aby osiągnąć zamierzony cel. Są dziś, jak zapewnia inżynier, np. miniaturowe chłodziarki kriogeniczne „do postawienia na stole”, pozwalające schładzać układy elektroniczne. A komputer kwantowy nie tyle bardzo się grzeje, co działa dzięki owym opisanym wyżej stanom pośrednim cząstek elementarnych, a te są ulotne jak mgiełka – szalenie krótkotrwałe. Schładzając, niejako je „zamrażamy”, czyli wydłużamy ich niezbędne nam „życie”.
Kadr z serialu „Teoria wielkiego podrywu” o grupie przyjaciół z Pasadeny, w większości naukowców i wynalazców. Głównymi bohaterami są geniusze z California Institute of Technology: fizycy eksperymentalny Leonard Hofstadter (w tej roli Johnny Galecki) i teoretyczny Sheldon Cooper (Jim Parsons, na zdjęciu), który na koniec otrzymuje Nagrodę Nobla za odkrycie superasymetrii (wraz z żoną neurobiologiem Amy Farrah Fowler, gra ją Mayim Bialik). Fot. printscreen sitcomu Chucka Lorre i Billa Prady'ego
Jak dalej wyjaśnia inż. Kasprowicz, „teraz, gdy budujemy elementy komputera kwantowego, mamy problem jak maksymalnie zmniejszyć szumy w polu magnetycznym. Zaproponowaliśmy użycie nadprzewodników, przecież i tak musimy bardzo chłodzić ten komputer. Weźmiemy pierścień z nadprzewodnika, podgrzejemy lokalnie, wpuścimy prąd, zamrozimy i… jeśli prąd jest nadal za duży, to lokalnie rozmrozimy, odejmiemy prądu i zamrozimy z powrotem etc. I teraz to, wydaje się banalne w swej prostocie, rozwiązanie będziemy aplikować. Bo ono od niedawna stało się możliwe, natomiast wiele laboratoriów dookoła używa zwykłych cewek, rozbudowanej aparatury do tłumienia szumu, klatek Faradaya itd.” [6].

Lubię rozmawiać z inżynierami. To ludzie pokroju „nie ma problemów bez rozwiązania”. Choć komputer kwantowy to nie jest urządzenie magiczne, tylko oparte o naukę, ma zatem swoje ograniczenia, takie jak dekoherencja. Wynika ona z nietrwałości stanów kwantowych w kontakcie z otoczeniem
[7].

W 2016 roku inż. Kasprowicz został zaangażowany do projektu prowadzonego w amerykańskim Narodowym Instytucie Nauki i Technologii (NIST), którego owocem jest technologia używana dziś do budowy komputerów kwantowych.

– Pojawiła się kwestia stworzenia specjalnego sprzętu do istniejącego oprogramowania sterującego aplikacjami kwantowymi (ARTIQ). Ja na potrzeby NIST-u opracowałem złożone urządzenie: taki generator sygnałów, realizujący bramki kwantowe na pułapkach jonowych w komputerach kwantowych. Tylko że my na politechnice jesteśmy w stanie zrobić kilka prototypów, a nie produkować w seriach setki tego typu urządzeń, mimo że te prototypy świetnie działały – opowiadał. Aby dobry projekt nie utknął w szufladzie, naukowcy opublikowali go jako „open source”. – Powstał dosyć unikatowy model biznesowy, w którym publiczna uczelnia opracowuje zaawansowaną technologię i upublicznia ją. Opracowaną przez nas technologię skomercjalizowały dwie firmy (muszą być co najmniej dwie, aby klient miał wybór, a produkt był wysokiej jakości). Potem zbudowaliśmy jeszcze prawie 60 urządzeń w tym modelu współpracy, ułatwiającej działania międzynarodowe. Dzięki temu nasz sprzęt jest dziś używany w ponad 100 laboratoriach na całym świecie – wyjaśnił inżynier. Jak dodał, dzięki temu jego zespół może dziś uczestniczyć w projekcie budowy komputera kwantowego, czyli wbić się na tym „naukowym rynku” bardzo wysoko.

Bombowa historia przyszłości

Stoi za językiem komputerów i bombą atomową. „Wielka Grace” wychodzi z cienia

Osiągnięcia Grace Murray Hopper na długie lata zrewolucjonizowały świat komputerów.

zobacz więcej
Komputer kwantowy brzmi jak pieśń przyszłości, ma jednak historię niemal tak długą, jak fizyka kwantowa. W grudniu 1900 roku Max Planck opublikował pierwszą pracę, w której pojawiło się pojęcie „kwant energii”. Wyraża ono myśl, że energia wbrew pozorom nie przypomina np. ciągłego strumienia wody, tylko niejako zbiór pojedynczych kropel. Energia przepływa w maleńkich porcjach – czyli wspomnianych kwantach. W ciągu bez mała pół wieku geniusze pokroju Alberta Einsteina (zaproponował kwanty światła, zwane dziś fotonami), Nielsa Bohra (stworzył kwantowy model atomu) i Erwina Schrödingera (na jego równaniu się to wszystko dalej oparło) oraz ich koledzy po fachu, uczniowie i następcy sprawili, że fizyka już nigdy nie była taka sama.

Mechanika Newtonowska – jakże doskonała w swej prostocie przewidywania, kiedy zderzą się te nieszczęsne dwa pociągi wyjeżdżające z miast A i B, pędzące naprzeciw siebie po tym samym torze z prędkościami podanymi w zbiorze zadań do klasy 7 – stała się jedynie niewielką częścią gigantycznego obrazu wszechświata. Okazało się bowiem, że pewne jest tylko prawdopodobieństwo tego zderzenia, nie zaś ono samo. Zwłaszcza, jeśli mają się ze sobą zderzać cząstki elementarne, a nie pociągi, których ruch mechanika newtonowska przybliża niemal doskonale. Stało się to dla większości z nas, nawet tych jakoś radzących sobie z owymi pociągami z podstawówki, bardzo trudne do pojęcia i jeszcze trudniejsze do policzenia.

Najpiękniejszy paradoks tej historii polega właśnie na tym, że to teoria mechaniki kwantowej jak najbardziej potrzebuje do swego dalszego rozwoju komputera kwantowego. Jak wyjaśnił mi inny uczony – tym razem dr hab. Adam Sawicki, fizyk teoretyk zaangażowany w polski projekt komputera kwantowego, profesor Centrum Fizyki Teoretycznej PAN i dyrektor tej jednostki badawczej – mechanika kwantowa rozwijana była latami, a jednak nadal jest morderczo trudna do liczenia. Wyobraźmy sobie: jeśli przyjmiemy, że cząsteczka, której stan chcemy poznać, to pojedynczy elektron, to on ma dwa możliwe stany (zwane spinem), czyli 2 do potęgi 1. Jeśli jednak badana przez nas cząsteczka ma 1000 elektronów, to jej stan to jeden z 2 do potęgi 1000 stanów. To się naukowo określa: liczba stanów kwantowych układu kwantowego rośnie wykładniczo z ilością cząstek. Można doskonale znać prawa mechaniki kwantowej i nadal nie móc rozwiązać jej równań, bo potrzebnej do tego mocy obliczeniowej po prostu nie ma na świecie.
"Ścana badań" w Quantum Nano Centre w Kanadzie. To laboratorium badawczo-rozwojowe, zajmujące się informatyką kwantową i nanotechnologią na Uniwersytecie Waterloo w stanie Ontario. Fot. James Brittain/View Pictures/Universal Images Group via Getty Images
Rewolucja kwantowa 1.0 była zatem udziałem niewielu. To jednak dzięki wykorzystaniu zjawisk mechaniki kwantowej w brutalnej codzienności wojny, Stany Zjednoczone wyprodukowały bomby atomowe, które zrzuciły na dwa japońskie miasta. I tak oto zostały wielkim zwycięzcą II wojny światowej, jak i powojennego ładu. Rzecz nie jest wyłącznie teoretyczną sztuką dla sztuki. Jak opowiedział mi profesor Sawicki, tu się okazało, że to, co jest największym przekleństwem (czyli owo kwantowe prawdopodobieństwo, że coś jest gdzieś, zamiast newtonowskiej pewności, że jest właśnie tam, gdzie dokładnie policzyliśmy z prostego wzoru) może być największym błogosławieństwem. Bo będzie stanowić podstawę technologii obliczeniowych miliony razy szybszych, niż rewolucja krzemowa była w stanie zaproponować.

W latach 80. XX wieku, kiedy nikt jeszcze nie myślał, że dobijemy do ściany z szybkością procesorów krzemowych, co dziś ma miejsce, w USA jeden z 10 największych fizyków wszechczasów, noblista Richard Feynman miał myśl zaprzęgnięcia zjawisk kwantowych do liczenia. I zaproponował: „Niech dla nas liczą te wszystkie stany pośrednie – cała ta chmura prawdopodobieństwa, że ów elektron jest gdzieś”. Ta „jednoczesna” obecność w wielu różnych miejscach z różnymi prawdopodobieństwami nazywa się superpozycją stanów. Tak rozpoczęła się rewolucja kwantowa 2.0.

Popandemiczny wyścig kwantowy

Jak wyjaśnia dalej profesor Sawicki, dziś jest to wyścig po nowe przywództwo i suwerenność. Jego liderem, przynajmniej jeśli chodzi o konstrukcje komputera kwantowego, są Stany Zjednoczone, tuż za nimi gonią Chiny. Inne technologiczne wykorzystania mechaniki kwantowej – a to w telekomunikacji, a to w szyfrowaniu, a to w technologiach optycznych – bywają szybko rozwijane przez inne państwa, m.in. Niemcy. Polacy są wśród liderów jeśli chodzi o badania teoretyczne w tym zakresie, także badania nad specjalnymi językami kodowania oraz programami niezbędnymi dla komputerów kwantowych.

W badaniach o znaczeniu strategicznym, czyli mających potencjał wywrócić świat i postawić na zupełnie innych nogach (rewolucja kwantowa 2.0, sztuczne inteligencje, energetyka termojądrowa, neuronauki, biotechnologia, w tym szczepionki nowych generacji) nie da się funkcjonować od grantu do grantu. Żeby badać superpozycję i później korzystać z potencjalnych owoców mechaniki kwantowej, środki powinny być oznaczone i pewne, nie zaś jedynie prawdopodobne i mgliste jak orbita elektronu. To przecież łatwiejsze do pojęcia, niż to, czy kot Schrödingera zamknięty w pudełku jest żywy czy martwy, skoro w danym momencie nie otwieramy pudełka. Trzeba zrobić wszystko, choćby korzystając ze środków na odbudowę po pandemii, aby umożliwić nasz stabilny udział w tym wielkim wyścigu, który de facto już trwa.

Nasi naukowcy mają to „coś”. Stwórzmy polską Dolinę Krzemową

Polscy naukowcy mogą się wykazać dopiero, gdy wyjadą z Polski – mówi prof. Wiesław Nowiński.

zobacz więcej
Przykłady takich programów istnieją: w listopadzie 2018 r. Unia Europejska zainicjowała 10-letni Quantum Technologies Flagship, z ponadmiliardowym budżetem, dla zapewnienia Europie roli lidera w technologiach kwantowych. W lipcu 2019 r. ówczesny minister nauki i szkolnictwa wyższego podpisał deklarację dotyczącą włączenia się Polski w prace na rzecz powstania sieci EuroQCI, dzięki której państwa europejskie będą mogły komunikować się w sposób zapewniający maksymalne bezpieczeństwo – co pociąga za sobą konsekwencje finansowo-organizacyjne. Także oczywiście Kongres Stanów Zjednoczonych przyjął National Quantum Initiative Act. W lipcu 2020 r. niemiecka minister badań zapowiedziała przeznaczenie 2 mld euro z niemieckiego Funduszu Wsparcia po pandemii na badania prowadzące do stworzenia eksperymentalnego komputera kwantowego. W styczniu 2021 r. prezydent Emmanuel Macron w paryskim Centrum Nanonauki i Nanotechnologii zadeklarował, że w ciągu najbliższych pięciu lat jego kraj zainwestuje 1,8 mld euro (1 mld z budżetu, 800 mln m.in. z pieniędzy unijnych i od przedsiębiorstw) w rozwój technologii kwantowych.

Powstają technologie i czasem przewracają świat, tak, że staje na zupełnie innych nogach. Druk, maszyna tkacka, maszyna parowa, lampa naftowa, elektryczność, energia atomowa, tranzystor, krzemowy obwód scalony, PCR... Po każdym z tych wynalazków nic już nie było takie samo, a wygrał w wyścigu o światowe przywództwo ten, kto je wymyślał lub umiał genialnie skomercjalizować. Kluczem do przyszłości jest uczestniczenie w rewolucjach technologicznych, a nie przesypianie ich. W rewolucji przemysłowej nie uczestniczyliśmy, bo zabory, w krzemowej – bo komunizm. Teraz jednak, gdy jesteśmy już wolnym państwem, kolejna rewolucja nie może odjechać nam sprzed nosa. Rewolucja kwantowa 2.0.

– Magdalena Kawalec-Segond

TYGODNIK TVP, ul. Woronicza 17, 00-999 Warszawa. Redakcja i autorzy

Mechanika kwantowa życia pozagrobowego
Przypisy:

[1]. https://www.geekweek.pl/news/2020-12-07/chinski-komputer-kwantowy-jiuzhang-dokonal-przelomowych-obliczen/ wróć

[2]. https://www.youtube.com/watch?v=gy_TDD3Gn50&list=PLgItcKew0VyyIdBxggR-ULg2pR29pHEiZ&index=18 wróć

[3]. RSA to szyfrowanie dwustronne. To znaczy, że aby zaszyfrować jakąś wiadomość, bierzemy dwie wielocyfrowe liczby pierwsze, mnożymy je przez siebie i dostajemy w wyniku gigantyczną liczbę, która już oczywiście pierwsza nie jest. Każdy, kto zna wynik iloczynu, może mi przesłać wiadomość. Żeby jednak ją odszyfrować, muszę znać dzielniki tego wyniku mnożenia. wróć

[4]. Może to być np. atom cezu złapany w optyczną pułapkę pomiędzy lustrami (rolę kubitów grają fotony o różnej polaryzacji). Wykorzystano też atom berylu oświetlany światłem lasera. Jeszcze inna bramka kwantowa wykorzystuje tzw. atom rydbergowski. wróć

[5]. Bozon Higgsa (higson) to cząstka elementarna nazwana nazwiskiem Petera Higgsa, który w roku 1964 sformułował hipotezę dotyczącą istnienia w próżni pola (pole Higgsa), dzięki któremu cząstki elementarne uzyskują masę. Hipoteza Higgsa umożliwiła Stevenowi Weinbergowi rozwinięcie modelu standardowego (czyli teorii, z czego składa się wszystko we wszechświecie), a istnienie postulowanego bozonu Higgsa doświadczalnie potwierdzono ostatecznie dopiero w kwietniu 2013 roku, dzięki eksperymentom prowadzonym w Wielkim Zderzaczu Hadronów w CERN-ie. Ma on gigantyczny wkład w zrozumienie istoty masy materii.

Bozon Higgsa jest jedyną oprócz mezonów cząstką elementarną modelu standardowego pozbawioną spinu, w przeciwieństwie np. do elektronu, którego spin wynosi 1/2, czy bezmasowego fotonu, dla którego wynosi 1. Jest też pozbawiony ładunku elektrycznego i koloru. Obecne pomiary masy bozonu Higgsa pozwoliły stwierdzić, że jest on więc najcięższym bozonem w modelu standardowym. Średni czas życia bozonu Higgsa, wynikający z modelu standardowego, wynosi 1,6 × 10−22s.
wróć

[6]. Klatka Faradaya to metalowy ekran (na ogół rodzaj skrzynki) mający chronić przed polem elektrostatycznym, wymyślony i skonstruowany w 1836 roku przez angielskiego fizyka Michaela Faradaya w celu demonstracji jednego z podstawowych praw elektrostatyki. Ponieważ potencjał elektryczny na powierzchni idealnego przewodnika musi być w każdym punkcie taki sam, pole elektryczne ani nie wnika do metalu, ani przez niego nie przenika. Dzięki temu we wnętrzu klatki, niezależnie od tego, jak silnie jest ona naładowana, nie ma pola elektrycznego. wróć

[7]. Polega ona na tym, że stany kwantowe, będące superpozycjami stanów stacjonarnych są nadzwyczaj nietrwałe. Pod wpływem oddziaływania czynników zewnętrznych, układ „wypada” ze stanu superpozycji i „przeskakuje” do jednego ze stanów stacjonarnych. Dokonuje się to w ciągu drobnego ułamka sekundy.

Nawet najmniejszy kontakt z otoczeniem może wpłynąć na wynik. Aby przeciwdziałać dekoherencji stosuje się kody kwantowej korekcji błędów, dynamiczną kontrolę rozprzęgnięcia (zmniejszenie sprzężenia pomiędzy systemem a środowiskiem), kontrolę sprzężenia zwrotnego oraz podprzestrzenie bez dekoherencji.

W 2012 roku udało się stłumić dekoherencję na ok. 2 sekundy w temperaturze pokojowej. Rok później czas ten wyniósł już 39 minut.
wróć

Zdjęcie główne: Dario Gil, dyrektor IBM Research, stoi w ośrodku badawczym firmy w Yorktown Heights w stanie Nowy Jork przed IBM Q System One, pierwszym na świecie komercyjnym komputerem kwantowym, wyposażonym w 20-kubitowy procesor. Ten zintegrowany kwantowy system obliczeniowy jest umieszczony w szczelnej szklanej kapsule o wymiarach 9x9x9 stóp, która utrzymuje odpowiednie dla niego, kontrolowane środowisko fizyczne. IBM wprowadził komoputer (przy wsparciu m.in. CERN) w styczniu 2019 roku. [18 października 2019 r. Fot. G
Zobacz więcej
Cywilizacja Najnowsze wydanie
EURO – turniej rozgrywany w przerwie meczu o Superligę
Nie ma lepszego sposobu odwracania uwagi od mętnych i pokrętnych sprawek piłeczki kopanej, jak porządnie haratnąć w gałę.
Cywilizacja Najnowsze wydanie
Algi przywracają wzrok
Terapia nie wymaga drogiej i niebezpiecznej operacji oka.
Cywilizacja Najnowsze wydanie
Chińska wojna o półprzewodniki. Waży się los światowej gospodarki
Tajwan to rozrusznik cyfrowej cywilizacji. A ryzyko inwazji Pekinu na Tajpej wzrosło do poziomu, którego dotąd nie notowano.
Cywilizacja Najnowsze wydanie
Książka usunięta z Amazona. Cenzura w barwach tęczy
Z przestrzeni publicznej rugowane są opinie uznane za niewygodne dla środowisk LGBT.
Cywilizacja Najnowsze wydanie
W Poznaniu stanął Pomnik Serca Jezusowego, w Krakowie – bazylika
W 2021 roku uroczystość ponowienia aktu poświęcenia Najświętszemu Sercu powinna odbywać się we wszystkich parafiach w Polsce.