Search icon

Komputer kwantowy, procesor kwantowy i kubit… co to tak właściwie jest?

12.07.2022 |
| Clock Przeczytasz w 5 Minuty
Komputer kwantowy, procesor kwantowy i kubit… co to tak właściwie jest?
Przeczytasz w 5 Minuty
Zwiększ rozmiar tekstu

Komputer stacjonarny, komputer przenośny (laptop), komputer pokładowy w samochodzie – czy w jednym szeregu z tymi urządzeniami można postawić także komputer kwantowy? Mimo podobnej nazwy, taka maszyna działa w oparciu o zupełnie inne założenia. Jednocześnie jest jednym z największych osiągnięć nauki i wielką nadzieją naukowców z całego świata. Moc obliczeniowa komputerów kwantowych może bowiem wielokrotnie przekraczać możliwości najmocniejszych “tradycyjnych” komputerów.

Komputer kwantowy – co to jest?

Komputery, jakie posiadamy w swoich domach, wykonują obliczenia, bazując na bitach. Czym jest bit? To cyfra dwójkowa, która może mieć wartość “0” lub “1”. Zapis informacji, danych i treści w domenie cyfrowej wymaga więc bardzo długich ciągów znaków binarnych.

W przypadku komputerów kwantowych w miejsce bita pojawia się “bit kwantowy”.

Jedna taka jednostka może przybrać w każdym momencie wartość od “0” do “1”, więc także dowolną pomiędzy nimi. Ponadto jeden bit kwantowy może zawierać wiele informacji jednocześnie. Dzięki temu procesor kwantowy może działać znacznie szybciej i przy dużo mniejszych rozmiarach przetwarzać znacznie większą liczbę danych w stosunku do tradycyjnego rozwiązania.

czym jest komputer kwantowy?

Z czego zbudowany jest komputer kwantowy? Jak działa?

W przypadku komputerów bazujących na obliczeniach zerojedynkowych, spory problem to konieczność stosowania miliardów tranzystorów. Aby taki komputer miał akceptowalną wielkość, tranzystory są coraz mniejsze, ale miniaturyzacja nie może odbywać się nieskończenie długo.

Kubi (bit kwantowy) jest najmniejszą cząstką, która może przekazywać informacje. Dzięki sporej ilości informacji przekazywanej przez jeden kubit, komputery kwantowe mogą wykonywać natomiast wiele operacji naraz. Mamy więc nie tylko mniejszy rozmiar, ale o wiele większą moc obliczeniową.

kubit - bit kwantowy

To rodzaj superkomputera, który wykorzystuje zupełnie inną zasadę działania, niż nawet najmocniejsze komputery działające w oparciu o obliczenia w języku binarnym.

Superkomputer działa w oparciu o zasady fizyki kwantowej

Fizyka kwantowa w dużym stopniu oparta jest na prawdopodobieństwie wystąpienia danego stanu dla pojedynczego bitu kwantowego. Dane przetwarzane przez jeden kubit są dość losowe, wręcz chaotyczne. Splątane ze sobą kubity dają jednak możliwość uzyskiwania powtarzalnych rezultatów obliczeń. Wyniki obliczeń przy wykorzystaniu kubitów nie są więc dokładne, jednak mamy bardzo duże prawdopodobieństwo otrzymania poprawnego wyniku. W przypadku bardzo skomplikowanych obliczeń i tak nie udałoby się uzyskać dokładniejszych wyników w inny sposób.

Do czego służy komputer kwantowy? Gdzie są wykorzystywane komputery kwantowe?

Dziś ciężko jest wskazać jednoznacznie, gdzie wykorzystamy komputery kwantowe. Jest to nowe rozwiązanie technologiczne, które może pozwolić ludziom wykonać znaczny skok naprzód jeśli chodzi o wydajność i moce obliczeniowe.

Dzisiejsze, pierwsze komputery kwantowe wciąż są pełne błędów. Trzeba je wyeliminować, by pomyśleć o realnych możliwościach zastosowania.

Jedno jest pewne – procesor kwantowy ma ogromną moc obliczeniową. Z tego względu warto go zastosować w najbardziej wymagających zadaniach. Należy do nich kryptografia, czyli szyfrowanie informacji. To dziś bardzo ważna dziedzina, pozwalająca zabezpieczyć przepływ informacji, np. w Internecie. Pierwszy komputer kwantowy pokazał też ogromne możliwości wyszukiwania danych w dużych bazach.

procesor kwantowy

Oczywiście, tak jak w przypadku innych potężnych komputerów, komputery kwantowe znajdą zastosowanie w nauce. Pomogą m.in. w analizowaniu procesów zachodzących w środowisku naturalnym. Chodzi między innymi o mutacje DNA, których mogą być miliardy dla każdego rodzaju DNA. Lepsze poznanie ich pozwoliłoby dokładniej poznać procesy ewolucyjny. W praktyce oznacza to na przykład poznanie rozwoju chorób i metody zapobiegania im.

Komputery kwantowe mogą w przyszłości wykonywać zdumiewające działania

Naukowcy wspominają też o możliwości “teleportacji danych”. Splątane ze sobą cząsteczki – bity kwantowe – mogłyby przenosić się w czasie i przestrzeni. Naukowcy z powodzeniem wykonywali takie działania, choć dotychczas miało to miejsce tylko w warunkach laboratoryjnych. Być może na podobnej zasadzie będzie działał Internet kwantowy w przyszłości. Póki co brzmi to jednak jak science-fiction.

Pierwszy komputer kwantowy

Quantum System One – tak nazywa się pierwszy komputer kwantowy IBM. Maszyna znajduje się w Instytucie Fraunhofera w Ehningen nieopodal Stuttgartu w Niemczech. Możliwości superkomputera zostały oddane do dyspozycji europejskich naukowców. IBM Quantum System One ma pomóc w rozwoju nauki czy wspomagać gospodarkę. Dużą nadzieję pokładają w nim naukowcy odpowiedzialni za rozwój branży medycznej i leków.

Wydajność komputera kwantowego IBM to 27 bitów kwantowych, choć ciężko wyobrazić sobie, ile oznacza to w praktyce.

pierwszy komputer kwantowy

Chętni mogą wynająć czas obliczeniowy tej maszyny. W przypadku potężnego komputera kwantowego cena nieprzekraczająca 12.000 Euro miesięcznie nie wydaje się być wygórowana. Podobna maszyna IBM znajduje się też w Nowym Jorku, w Ohio i Japonii.

Plany IBM na rozwój tej technologii są bardzo ambitne. Mimo, że obecnie najmocniejszy komputer ma wydajność 27 bitów kwantowych, IBM posiada procesory kwantowe o mocy 65, a nawet 127 bitów. W 2023 roku ma się natomiast pojawić maszyna o wydajności 1000 kubitów.

Chiński komputer kwantowy

Chińczycy też posiadają już tę technologię. Chiński komputer kwantowy jest aż 6000 razy bardziej wydajny od najmocniejszych komputerów binarnych. Póki co nie znamy jednak zbyt wielu szczegółów na jego temat.

Komputer kwantowy Google – co warto wiedzieć?

Komputer kwantowy Google ma moc obliczeniową równą 54 kubikom. O jego istnieniu dowiedzieliśmy się w 2019 roku. Google wysoko zawiesza poprzeczkę – planuje stworzyć komputer o wydajności… miliona bitów kwantowych!

komputer kwantowy google

Przewaga komputera kwantowego Google nad tradycyjnym komputerem (w tym przypadku IBM Summit) została udowodniona poprzez eksperyment.

Google sprawdziło, czy generowanie przypadkowego ciągu cyfr w systemie dwójkowym rzeczywiście jest losowe. Komputer kwantowy Google wykonał obliczenia w trzy minuty i 20 sekund. Superkomputerowi IBM zajęło to aż dwa i pół dnia.

Innym eksperymentem była symulacja zmiany w konfiguracji atomów w dizenie (związek składający się z dwóch atomów azotu i dwóch wodoru). Zadaniem komputera było obliczenie energii wiązań wodoru w łańcuchach cząsteczek. Takie zadanie jest w praktyce niemożliwe do wykonania na tradycyjnym komputerze. Komputer Google nie dość, że wykonał je szybko, to wykorzystał zaledwie ¼ dostępnych kubitów.

Ile kosztuje komputer kwantowy?

Wiele osób zastanawia się, ile kosztuje komputer kwantowy. Gdy wpiszemy w wyszukiwarce “komputery kwantowe cena”, raczej nie powinniśmy się spodziewać rezultatów w postaci ofert sklepów internetowych. Wynajęcie maszyny IBM kosztuje ponad 11.000 Euro miesięcznie.

Czy można kupić komputer kwantowy?

Nie można kupić komputera kwantowego. Na świecie nie ma obecnie zbyt wielu urządzeń tego typu. Sporą wadą, z którą borykają się producenci takiego sprzętu, jest konieczność pracy w sterylnych, wręcz laboratoryjnych warunkach. To jeden z powodów, dla których nie można postawić komputera kwantowego w swoim domu.

Może Cię zainteresować:

TEMATYKA:
Telefonami komórkowymi interesował się jeszcze w czasach, gdy przedrostek “smart”-” oznaczał możliwość wysłania SMS-a. Przed dokonaniem jakiegokolwiek zakupu zawsze ogląda wszystkie recenzje i testy. W wolnych chwilach lubi grać w szachy i na gitarze basowej.