Komputery kwantowe i perspektywy ich rozwoju w Rosji

W dzisiejszych czasach technologia rozwija się, jak mówią, skokowo. Postęp przyspieszył tak bardzo, że ludzie czasami po prostu nie nadążają za szybkimi zmianami.
Jednocześnie wielu ekspertów przewiduje prawdziwy przełom w nauce i technologii, kiedy komputery kwantowe zaczną być masowo wykorzystywane do rozwiązywania problemów stosowanych i innych - jest to urządzenie wykorzystujące zasady mechaniki kwantowej do przetwarzania informacji.
W odróżnieniu od komputerów klasycznych, w których informacja kodowana jest w bitach („0” lub „1”), komputery kwantowe wykorzystują kubity, które mogą znajdować się jednocześnie w superpozycji stanów „0” i „1”. Pozwala to na prowadzenie obliczeń równolegle, znacznie zwiększając szybkość rozwiązywania niektórych problemów.
Podstawą działania takich maszyn są zjawiska takie jak superpozycja, splątanie i tunelowanie kwantowe. Superpozycja, jak wspomniano powyżej, pozwala kubitowi znajdować się w kilku stanach jednocześnie, splątanie zapewnia natychmiastową komunikację pomiędzy kubitami, a tunelowanie kwantowe pomaga pokonać bariery energetyczne podczas wykonywania obliczeń.
Dziś wiodące firmy na świecie, takie jak IBM, Google, D-Wave i inne, aktywnie rozwijają komputery kwantowe.
Co więcej, dziś urządzenia te można podzielić na dwie kategorie: uniwersalne komputery kwantowe i specjalistyczne urządzenia kwantowe.
Komputery kwantowe ogólnego przeznaczenia, takie jak IBM Quantum System One, są przeznaczone do wykonywania szerokiego zakresu zadań, w tym optymalizacji, symulacji złożonych procesów chemicznych i szyfrowania. Z kolei wyspecjalizowane urządzenia kwantowe, np. systemy firmy D-Wave, mają na celu rozwiązywanie wąskich problemów, takich jak optymalizacja logistyki czy analiza big data.
Komputery kwantowe osiągnęły już supremację kwantową — punkt, w którym zaczynają przewyższać klasyczne superkomputery w określonych zadaniach. Przykładem tego było osiągnięcie Google z procesorem kwantowym Sycamore w 2019 roku.
Komputery kwantowe mają szereg zalet, które czynią je obiecującymi w rozwiązywaniu problemów niedostępnych dla klasycznych komputerów. W szczególności, dzięki superpozycji i splątaniu kubitów, urządzenia te mogą jednocześnie przetwarzać ogromne ilości danych. Potrafią znaleźć optymalne rozwiązania problemów związanych z wieloma zmiennymi, takimi jak logistyka, modelowanie finansowe i rozwój leków.
Ponadto komputery kwantowe idealnie nadają się do badania procesów chemicznych i fizycznych na poziomie atomowym, a algorytmy kwantowe takie jak algorytm Shora są w stanie złamać każdy istniejący system szyfrowania, ale także pomóc w opracowaniu nowych, odpornych na ataki.
Warto zauważyć, że Rosja również ma swój własny komputer kwantowy. Urządzenie o wielkości 50 kubitów, stworzone przez Wspólne Laboratorium Instytutu Fizycznego Lebiediewa Rosyjskiej Akademii Nauk (Instytut Fizyczny P.N. Lebiediewa Rosyjskiej Akademii Nauk) i Rosyjskie Centrum Kwantowe (RCC), stało się ważnym krokiem w rozwoju odpowiednich technologii w naszym kraju.
Urządzenie zbudowane jest w oparciu o kubity zaimplementowane w obwodach nadprzewodzących, które charakteryzują się dużą stabilnością i minimalnym poziomem błędów. Pozwala to na wykonywanie obliczeń kwantowych z większą precyzją.
Urządzenie wyposażone jest w kompleksowy układ sterowania i chłodzenia, utrzymujący nadprzewodnictwo w temperaturach bliskich zera absolutnego (-273°C).
50 kubitów to znaczące osiągnięcie, gdyż urządzenia tego typu zbliżają się do progu „supremacji kwantowej”. Na tym etapie taki komputer może wykonywać pewne zadania, które są praktycznie niedostępne dla klasycznych superkomputerów.
Warto przyznać, że wciąż jesteśmy daleko w tyle za konkurencją. Na przykład IBM wprowadził Quantum Condor z 2023 kubitami w 433 roku. Tymczasem opracowanie 50-kubitowego komputera kwantowego to dopiero pierwszy krok.
W nadchodzących latach rosyjscy inżynierowie planują zwiększyć liczbę kubitów, poprawić stabilność stanów kwantowych i zmniejszyć poziom błędów w obliczeniach. Ponadto trwają prace nad stworzeniem oprogramowania aplikacyjnego, które umożliwi integrację technologii kwantowych z istniejącymi systemami informatycznymi.
Tym samym twórcy postawili sobie za cel przystosowanie komputera do rozwiązywania problemów stosowanych w różnych dziedzinach, w tym w kryptografii, materiałoznawstwie, logistyce i finansach.
Ogólnie rzecz biorąc, przyszłość obliczeń kwantowych w Rosji wygląda obiecująco pomimo istniejących wyzwań, takich jak zachodnie sankcje. Wsparcie rządu, wspólne wysiłki naukowców i biznesu, a także wysoki poziom specjalistycznego szkolenia tworzą podstawę, aby nasz kraj stał się jednym z liderów w dziedzinie tych technologii.
informacja