Razem: 0,00 zł
Czym jest Quantum Computing? Jak działają komputery kwantowe?
Wiele biznesowych czy nawet społecznych problemów rozwiązywanych jest dziś przy pomocy komputerów – algorytmów, które poprzez analizę ogromnych zasobów danych sugerują najlepsze rozwiązania i podpowiadają optymalne scenariusze postępowania w konkretnych sytuacjach. Rosnące wolumeny danych, a także coraz większa liczba parametrów, jakie modele muszą brać pod uwagę, sprawiają, że klasyczne komputery coraz częściej ustępują miejsca superkomputerom i komputerom kwantowym. Jak działa komputer kwantowy? Jak rozumieć quantum computing?
Na czym polega quantum computing?
Komputery kwantowe to niewątpliwie przyszłość, jednak wciąż nie można o nich mówić jako teraźniejszości. Idea zejścia do kwantów i rozwiązywania dzięki nim złożonych problemów społecznych i biznesowych znacznie szybciej oraz efektywniej niż obecnie nie jest jednak niczym nowym.
Pierwsze kroki na tym polu poczyniono już w latach 80. To właśnie wtedy amerykański fizyk, pionier w dziedzinie obliczeń kwantowych – Paul Anthony Benioff opublikował swój artykuł, w którym twierdził, że technologia kwantowa otwiera możliwości w zakresie budowy niezwykle potężnych komputerów, które mieściłyby się w naparstku. Przypomnijmy, że mówimy o czasach, kiedy moce obliczeniowe komputerów były naprawdę niewielkie, a one same zajmowały sporo przestrzeni. Dopiero 27 lat po publikacji Benioffa Steve Jobs zaprezentował światu komputer, który mieścił się w kieszeni spodni. Koncepcja amerykańskiego fizyka, mimo że wiekowa, do dnia dzisiejszego napędza badania i wysiłki wielu naukowców, którzy dokładają wszelkich starań, by dokonać kolejnego przełomu technologicznego.
Jakie założenia kryją się za quantum computingiem? Obliczenia kwantowe zakładają wykorzystanie fizyki rządzącej cząstkami subatomowymi, by w ten sposób zastąpić proste tranzystory współczesnych komputerów. Mówiąc prościej – celem jest odejść od bitów i zastąpienie ich kubitami, które niosą za sobą znacznie większe zdolności obliczeniowe.
Źródło: https://stock.adobe.com/pl/images/quantum-computing-mainboard-cpu-artificial-intelligence-concept-with-computer-circuits-designed-using-generative-ai/558174427?asset_id=558174427
Jak działają komputery kwantowe?
Klasyczny computing, charakterystyczny dla współczesnych komputerów, korzysta z binarnego systemu zero-jedynkowego (bitów). Mogą być one włączone lub wyłączone i tym samym przybierać wartość zero lub jeden. Kubity, wykorzystywane w komputerach kwantowych, przewyższają je pod tym względem, że są w stanie zarządzać stanami poprzez superpozycję 0 i 1. Oznacza to, że – w przeciwieństwie do bitu – kubit może być jednocześnie zerem i jedynką, co określa się jako superpozycję.
Cechą charakterystyczną kubitów jest również splątanie, czyli innymi słowy złożone połączenia, które wystąpią między kubitami. Dwa kubity to splątane ze sobą cztery wartości (00, 01, 10, 11). Trzy kubity to już osiem takich wartości. O ile klasyczne komputery są w stanie wykonywać obliczenia dla każdej takiej wartości niezależnie i w ustalonej kolejności, komputery kwantowe mogą realizować je równolegle. Co oznacza to w praktyce? Zupełnie nowe możliwości w zakresie zapisywania ogromnej ilości danych, a także ogromną moc obliczeniową, z którą nie mogą równać się nawet najpotężniejsze współczesne superkomputery. To, co zajmuje im dziś wiele miesięcy czy nawet lat, komputer kwantowy jest w stanie przeliczyć w zaledwie kilka sekund.
Technologia kwantowa niewątpliwie ma szansę zmienić świat, dlatego badania nad nią prowadzi wiele międzynarodowych korporacji, w tym NVIDIA, która swymi rozwiązaniami wspiera starania naukowców. W jaki sposób? Chociażby poprzez NVIDIA cuQuantum SDK – zestaw zoptymalizowanych bibliotek i narzędzi do przyspieszania przepływów pracy w obliczeniach kwantowych. Dzięki procesorom graficznym NVIDIA Tensor Core GPU programiści mogą wykorzystać technologię cuQuantum do przyspieszenia symulacji obwodów kwantowych.
Gdzie quantum computing może znaleźć zastosowanie?
O komputerach kwantowych już dziś mówi się, że mają szansę wywołać informatyczną rewolucję i na nowo zdefiniować nasze myślenie o komputerach. Czy rzeczywiście tak radykalnych zmian powinniśmy się spodziewać w niedalekiej przyszłości? Biorąc pod uwagę fakt, jak duże zamieszanie i zarazem obawy wywołał ChatGPT stworzony przez Open AI, należy brać pod uwagę taki scenariusz. Do stworzenia narzędzia firma wykorzystała jeden z najpotężniejszych komputerów na świecie.
Dostępność komputerów kwantowych, a co za tym idzie nieporównywalnie większe możliwości w zakresie przetwarzania danych i rozwijania coraz bardziej zaawansowanych algorytmów daje wiele niedostępnych obecnie szans. Większa wydajność nowych algorytmów, a także znacznie szybsze przetwarzanie danych z pewnością ucieszy branże, które już dziś chętnie sięgają po rozwiązania AI. Doskonałym przykładem może być chociażby branża finansowa, która zaawansowane analizy danych z wielu źródeł wykorzystuje do skutecznego zarządzania ryzykiem, identyfikowania podejrzanych transakcji czy optymalizowania składu portfeli inwestycyjnych. Ogromne ilości danych i najróżniejszych parametrów przetwarza w czasie rzeczywistym również branża medyczna, dlatego i ona może być ważnym beneficjentem większej popularności komputerów kwantowych. Mogą one istotnie pomóc w identyfikacji niepokojących zmian w wynikach pacjentów, rozwoju nowych leków czy terapii.
Komputery kwantowe – czy zmienią naszą rzeczywistość?
Rozwój quantum computingu to również zupełnie nowe możliwości dla wielu innych branż, a także wiodących instytutów i centrów badawczych, które zajmują się chociażby badaniami nad zmianami klimatu i tworzeniem symulacji najróżniejszych zdarzeń. Dziś podmioty te wykorzystują superkomputery, jednak ich moce obliczeniowe nie są na dzień dzisiejszy duże na tyle, by móc dostarczać rezultaty na oczekiwanym poziomie szczegółowości.
Czy komputery kwantowe zdołają zmienić ten stan rzeczy? Zapewne tak, jednak trudno jest jednoznaczne stwierdzić, kiedy realizacja takiego scenariusza będzie możliwa. Wyścig wśród wiodących firm technologicznych trwa od lat, jednak wciąż napotykają one na problemy, których nie są jeszcze w stanie rozwiązać. IBM, Microsoft i inne duże korporacje testują już wczesne wersje komputerów kwantowych, jednak obsługują one zaledwie dziesiątki kubitów, podczas gdy do ich niezawodnego działania trzeba przynajmniej tysiąc razy więcej. Między innymi z tego względu wielu naukowców spodziewa się, że na potężne komputery kwantowe przyjdzie nam poczekać jeszcze kilka dekad.