Nie nadążacie za nowinkami ze świata nowych technologii? Możecie wyluzować, bo za chwilę powstaną komputery tak zaawansowane, że to już na serio w głowie się nie zmieści, a w starym dobrym pececie tym bardziej. Trwa morderczy wyścig o miano pierwszej firmy, która stworzy komputer kwantowy.  Walczy nie tylko Google, IBM i Microsoft, ale przede wszystkim technologiczne potęgi z Chin, Japonii i Korei. Ostatnio firmy podkręciły tempo.

W zaciszu laboratoriów i serwerowni na całym świecie trwa technologiczny wyścig zbrojeń, którego zwycięzcy spiją śmietankę z faktu bycia liderem kolejnego milowego kroku w historii komputerów. “Nie ma sensu być drugim” – mówił jeszcze niedawno w wywiadach Mataki Saito, lider prac nad japońskim superkomputerem. Kilka miesięcy po wypowiedzeniu tych słów Saito zostaje aresztowany pod zarzutem zdefraudowania 5 milionów dolarów rządowych dotacji. “Był zbyt ambitny. Przecenił swoje możliwości” – komentują obserwatorzy.

Saito bardzo się spieszył, bo wiedział, że najszybsze maszyny wciąż mają Chińczycy, a jego K-Computer ledwie mieści się w pierwszej dziesiątce (bieżące zestawienia najszybszych maszyn na świecie można znaleźć w TOP 500. Wyprzedzały go dwie chińskie maszyny, dwie japońskie, cztery amerykańskie i jeden reprezentant Europy –  plasujący się na trzecim miejscu w pierwszej dziesiątce szwajcarski Piz Daint.

Niewyobrażalne ciśnienie, gigantyczne dotacje i coraz bardziej nerwowe ruchy ambitnych twórców – tak wygląda przednówek technologicznej rewolucji. Jej Świętym Graalem ma być komputer kwantowy – maszyna o tak wielkiej mocy obliczeniowej, że wykonanie tych samych zadań na tradycyjnym komputerze wymagałoby zwiększenia go do rozmiaru całego Wszechświata. Także stwierdzenie “niewyobrażalne moce obliczeniowe” wydaje się być adekwatne.

O co toczy się gra?
Komputery kwantowe będą liczyć setki tysięcy, a może i miliony razy szybciej niż tradycyjne. Nie ma przesady w twierdzeniu, że zmienią świat, a firma, która dostarczy do tego skuteczne narzędzie, zarobi krocie. Każda bez wyjątku branża może spodziewać się gigantycznego wstrząsu wywołanego przez supermoce kwantowego komputera.

Rozwój medycyny i diagnostyki obrazowej -> superszybkie komputery będą mogły przeanalizować ogromną liczbę zdjęć wraz z całym bogactwem informacji, jakie ze sobą niosą. Ogromne moce przerobowe urealniają też wizję zmechanizowania diagnozowania: superszybki komputer mógłby wspomagać diagnozowanie chorób,  w krótkim czasie analizując wiele innych przypadków.

Rozwój sztucznej inteligencji -> maszyny są tak mądre, jak ilość danych, które przetworzą. Dzięki komputerom kwantowym będą mogły uczyć się znacznie szybciej, w krótkim czasie analizując niezliczone ilości danych.

Nowe leki dla medycyny -> tworzenie leków to dziś długotrwały proces, który wymaga sprawdzenia, w jaki sposób zachowają się cząsteczki, gdy je ze sobą zetkniemy – czy ograniczą np. rozwój infekcji, namnażanie bakterii itp. Powstanie superszybkich komputerów pozwala robić bardzo prawdopodobne symulacje takich procesów. Leki powstaną więc szybciej.

Rozwój sensorów i inteligentnych miast -> zwiększenie szybkości komunikowania się maszyn między sobą i podejmowania decyzji na podstawie obliczeń z uwzględnieniem dużej liczby danych, przybliży nas do świata, w którym maszyny będą komunikować się między sobą bez konieczności aktywnego udziału człowieka. Przełom ma być związany nie tylko z wprowadzeniem komputera kwantowego o mega mocy obliczeniowej, ale też wprowadzenie superszybkiego internetu 5G.

Pożegnanie z Bitcoinem -> wprowadzenie komputera kwantowego będzie końcem szyfrowania danych w internecie na zasadach, które znamy. Oznacza to m.in. koniec kryptowalut opartych na blockchainie, których bloki przed zniszczeniem (ingerencją w nie) chroni kryptografia. Divesh Aggarwal, spec od superkomputerów z  Narodowego Uniwersytetu w Singapurze szacuje, że koniec Bitcoina nastąpi w 2027 roku. Co potem?  Nastąpi rozwój łańcuchów, które oparte są na innych metodach zabezpieczania bloków, np. Ethereum.

Bezpieczeństwo danych -> wraz z wprowadzeniem superkomputera przestają działać wszystkie systemy, które zabezpieczają nasze konta bankowe, transakcje online i  hasła dostępowe i działają na zasadach szyfrowania (większość). Dostępu do danych strzegą tu skomplikowane zadania matematyczne, które w świecie komputerów kwantowych po prostu przestają stanowić zaporę: nowe maszyny będą w stanie je rozwiązać w kilka sekund. W to miejsce będą musiały powstać nowe, bezpieczniejsze systemy ochrony danych.

Przełom w energetyce -> przeciążone głównie przez komputery sieci energetyczne będą miały okazję odetchnąć. Wraz z rozwojem komputerów kwantowych mamy szansę zmniejszyć ilość energii zużywanej na moc obliczeniową komputerów.

Pod znakiem zapytania staje też internet w obecnym kształcie.

Kingsize nie dla każdego
Wszystkie nasze pecety, maki i komputery przemysłowe przetwarzające największe ilości danych powstawały w czasach, gdy wierzyliśmy, że atom (i jego składowe: elektorny, protonu i neutrony) to najmniejsze cegiełki występujące w przyrodzie. Dlatego procesory, które są sercem naszych urządzeń, są wyposażone w tranzystory rozróżniające dwa stany napięcia wyrażane przez elektrony: 0 i 1. Za pomocą kombinacji tych zer i jedynek zapisywaliśmy dotąd wszystkie dane przetwarzane przez nasze komputery.

I wszystko byłoby ok, gdyby nie fakt, że w wyścigu po coraz to mniejsze komputery, osiągnęliśmy rozmiary tranzystorów porównywalne do rozmiaru atomu. Kontrolowanie przepływu elektronów w tych warunkach stało się trudniejsze, bo w tak małych układach zaczęły działać inne prawa – prawa mechaniki kwantowej, w których cząstki zaczynają zachowywać się… dziwnie.

Odkrycie dziwnych zachowań jest wyzwaniem, ale też wielką szansą: pozwala komputerom zmienić język bitów (jeden bit potrafi przechować jedynie dwie wartości – 1 i 0) na język kubitów, które pomieszczą nie dwie, a cztery właściwości. To tak jakby do tej pory komputery mogły komunikować się przy pomocy “tak” lub “nie”. Tymczasem w kubitach mogą wyrażać jeszcze wiele “stanowisk” pośrednich: “i tak, i nie”; “może” ; “tak, ale…”; “pod warunkiem, że…”. W praktyce oznacza to, że mogą przetworzyć o wiele więcej danych w tym samym czasie – ich moc obliczeniowa  staje się niewyobrażalnie większa.

Nie tylko rozmiar ma znaczenie
Cząstki w kwantowym świecie zachowują się dziwnie, bo zupełnie inaczej od tego, co znamy i wcale nie są po prostu miniaturową wersją praw, które działały na poziomie atomów. To trochę jak w ekonomii: na poziomie mikroekonomii nie działają te same prawa co w makroekonomii. Przejście z  naszych komputerów na kwantowe nie będzie więc przesiadką z audi do mercedesa, a raczej nauką chodzenia od nowa. W tym świecie prawa logiki, do której się przyzwyczailiśmy, przestają działać. Proste zależności przyczynowo-skutkowe będą musiały ustąpić miejsca prawdopodobieństwu.

Jeśli chcemy dzięki nowej wiedzy jeszcze bardziej zmniejszyć urządzenia i jednocześnie znacznie zwiększyć ich moc obliczeniową, będziemy musieli nie tylko wymyślić zupełnie nowy komputer kwantowy (których prototypy przedstawiły już największe firmy technologiczne świata), ale też wyprodukować nowe algorytmy, które będą umiały się z tymi komputerami komunikować, używając nowej logiki, a także oprogramowanie, dzięki któremu my dogadamy się z algorytmami (kodowanie dla komputerów kwantowych to proces inny od pracy dzisiejszych programistów).  Kto pierwszy upora się z tymi wyzwaniami, dostarczając światu działającą, praktyczną supermaszynę, zapewni sobie długotrwałą dominację na rynku nowych technologii.

Co się stanie z naszymi laptopami? Nie martwcie się. Zanim ta rewolucja sięgnie naszych domowych urządzeń, zdążymy pewnie zagrać w niejednego pasjansa i obejrzeć niejeden film z przerwą na herbatę w czasie, gdy zerwie się streaming.