Pierwszy krok w stworzeniu prawdziwego komputera kwantowego potwierdzony

O komputerach kwantowych mówi się już dłuższy czas. Nie tak dawno temu pojawiła się nawet informacja o komputerze kwantowym D-Wave, ale wiele osób uważało to za niezgodne z prawdą pogłoski. Kiedy jednak NASA oraz Google postanowiły to potężne urządzenie zakupić, wszelkie spekulacje zostały już obcięte. Kwantowy komputer naprawdę istnieje, choć sama jego nazwa póki co jest mocno naciągana, gdyż komputera kwantowego z prawdziwego zdarzenia nie udało nam się jeszcze stworzyć. Na czym polega różnica między komputerem klasycznym, kwantowym a urządzeniem D-Wave?

Komputer operujący na kubitach

Klasyczne komputery oparte na tranzystorach mogą działać tylko w systemie 0-1, gdzie konkretna wartość przypisywana jest przez dostarczenie energii do tranzystora bądź jej odcięcie. Takie rozwiązanie sprawia, że komputer w danym bicie może przechować tylko jedną informację, a sama operacja na bitach jest na tyle długa, że trudno wyobrazić sobie bardzo skomplikowane zagadnienia, chociażby generowanie różnorodnych reakcji chemicznych w czasie rzeczywisty. Komputer kwantowy zwiększa swoją wydajność wielokrotnie z tego powodu, że kwant może przechować więcej niż jedną informację w danej chwili, a każda taka jednostka określana jest tutaj mianem kubitu, czyli kwantowego bitu. Taki komputer, jeśli tylko by powstał, mógłby wielokrotnie swoją wydajnością przegonić współczesne, nawet najlepsze komputery tranzystorowe. Urządzenia D-Wave działa jednak na nieco innej zasadzie.

Problem polega na tym, że kwanty w swojej wewnętrznej strukturze mają skłonności dekoherencji, jeśli model ich działania opiera się o standardową bramkę logiczną. Efekt jest taki, że w pewnym momencie informacje zapisywane w kwancie zaczynają się przenikać, a to powoduje, że ostatecznie kwant zaczyna działać w układzie 0-1, przez co komputer znacznie obniża swoją wydajność. Nie znamy jeszcze sposobu na okiełznanie tego problemu w taki sposób, aby komputer nie tracił bardzo na swojej wydajności. D-Wave wyposażony jest więc w skomplikowane układy elektroniczne, które niejako kontrolują kwanty starając się odnaleźć najłatwiejszą drogę do danej informacji, aby nie dochodziło do dekoherencji we wnętrzu kubitów. Sytuację można porównać do przemierzania gór, gdzie turysta bierze mapę i wyznacza sobie trasę w taki sposób, aby była ona najłatwiejsza, a więc po jak najniższych szczytach. Takie rozwiązanie niestety ogranicza moc wydajnościową urządzenia, ale i tak czyni komputer D-Wave dużo wydajniejszym niż tranzystorowy odpowiednik. Do czego NASA oraz Google chcą to urządzenie wykorzystywać?

Zasymulowanie cząsteczki, a w przyszłości całych reakcji chemicznych

Dzięki komputerowi D-Wave udało się w pełni zasymulować cząsteczkę propanu, co w przypadku komputera tranzystorowego wymagałoby wielu miesięcy, a nawet lat. Możliwości D-Wave nie są jeszcze bardzo imponujące, gdyż ową cząsteczkę komputer tworzył przez około 10 dni, ale same kwanty na pewno dają większe możliwości w kwestii takich właśnie badań. Moc obliczeniowa nie wystarcza jednak póki co na symulowanie skomplikowanych reakcji chemicznych. Problemem jest tutaj czas potrzebny do przeprowadzenia takiej właśnie symulacji. Bardzo możliwe jednak, że D-Wave jest pierwszym krokiem do stworzenia komputera kwantowego z prawdziwego zdarzenia. Dalsze prace nad jego rozwojem mogą przełożyć się na coraz nowocześniejsze urządzenia i kto wie, czy już w niedalekiej przyszłości nie będziemy mogli symulować nawet bardzo skomplikowanych reakcji chemicznych bez ryzyka dla człowieka oraz środowiska.