W 2024 roku będzie można kupić komputer kwantowy, ale może nie będzie to konieczne!

Komputery kwantowe to nie science fiction. Komputer kwantowy można kupić. Istnieją, a tysiące badaczy na całym świecie sprawiają, że komputery kwantowe stają się coraz inteligentniejsze i lepsze. Poprawa ta zwykle przekłada się na wzrost liczby kubitów, ale nie chodzi tylko o liczbę kubitów; kluczowa jest również jakość tych kubitów.

Jest to jednak możliwe dla tych, którzy chcą kupić komputer kwantowy. Firma D-Wave zaoferowała pierwszy komercyjnie dostępny komputer kwantowy i sprzedała go dużym korporacjom, takim jak Defence i megakapsuły technologiczne, takie jak Google, swoje wyżarzarki kwantowe, szczególny rodzaj komputera kwantowego.

Obecnie istnieje wielu dostawców komputerów kwantowych, którzy oferują różnorodne produkty i usługi w tym, co wciąż jest bardzo wyspecjalizowanym obszarem, który jeszcze nie trafił do głównego nurtu. Jednak kilka publicznie notowanych firm zajmujących się komputerami kwantowymi już wspiera rozwijający się przemysł kwantowy szeroką gamą produktów, nie mówiąc już o niezliczonych start-upach zajmujących się obliczeniami kwantowymi (zobacz naszą Mega Listę Firm Kwantowych).

Czym jest komputer kwantowy?

Qubity, fundamenty komputera kwantowego

Po pierwsze, zacznijmy od podstaw. Komputer kwantowy to rodzaj maszyny obliczeniowej, która wykorzystuje zasady mechaniki kwantowej do przetwarzania informacji. W przeciwieństwie do klasycznych komputerów wykorzystujących bity, komputery kwantowe wykorzystują bity kwantowe lub kubity. Podczas gdy klasyczny bit może reprezentować 0 lub 1, qubit może reprezentować stan reprezentujący 0, 1 lub dowolną kwantową superpozycję tych stanów. Proces interferencji i superpozycji jest wykorzystywany do efektywnego obliczania niektórych algorytmów kwantowych szybciej niż klasyczna maszyna.

Qubity, czyli bity kwantowe, tworzą podstawowe jednostki obliczeń kwantowych i występują w różnych typach, z których każdy ma unikalną implementację fizyczną i właściwości. Nadprzewodzące kubity wykorzystują złącza Josephsona do tworzenia i manipulowania stanami kwantowymi, podczas gdy uwięzione jony wykorzystują pojedyncze jony trzymane w pułapkach elektromagnetycznych.

Fotoniczne qubity wykorzystują kwantowe właściwości fotonów, a topologiczne qubity bazują na anyonach – quasi-cząstkach istniejących w układach dwuwymiarowych – których operacje splatania mogą służyć jako bramki kwantowe. Kubity spinowe wykorzystują stan spinowy elektronu w kropce kwantowej jako jednostkę obliczeniową. Każdy typ kubitu ma swoje zalety, wyzwania i konkretne obszary zastosowań.

Obecnie istnieje wiele konkurujących ze sobą typów kubitów. To, który z nich potencjalnie zwycięży, jest kolejną otwartą kwestią. Czy możemy zobaczyć wyspecjalizowane urządzenia podzielone na segmenty według aplikacji lub przypadków użycia?

Co może zrobić komputer kwantowy?

Komputery kwantowe mogą potencjalnie poprawić nasze zrozumienie reakcji chemicznych, umożliwiając odkrycie nowych materiałów i leków. Przykładowo, procesor Sycamore firmy Google został wykorzystany do symulacji reakcji chemicznej, zapewniając wgląd, który byłby prawie niemożliwy przy użyciu samych klasycznych maszyn. Podobnie jak System D-WaveWyżarzarki kwantowe są przeznaczone do rozwiązywania złożonych problemów optymalizacyjnych. Mogą one obejmować zarówno logistykę (znalezienie najbardziej efektywnej trasy dla samochodów dostawczych), jak i finanse (optymalizacja portfela).

Algorytm Shora na wystarczająco potężnym komputerze kwantowym mógłby potencjalnie złamać wiele dzisiejszych systemów kryptograficznych. Wywołało to zainteresowanie kryptografią postkwantową, która ma na celu opracowanie metod kryptograficznych, które pozostaną bezpieczne nawet w obecności komputera kwantowego.

Komputery kwantowe mogą zapewnić szybsze sposoby trenowania modeli uczenia maszynowego, zwłaszcza gdy zbiory danych stają się bardziej złożone. Podsumowując, podczas gdy obliczenia kwantowe są wciąż w powijakach i stoją przed wieloma wyzwaniami technicznymi, potencjalne zastosowania są ogromne. Mogą one mieć wpływ na wiele dziedzin, od medycyny, przez finanse, po sztuczną inteligencję.

Komputery kwantowe nie muszą stać się tańsze; stają się bardziej użyteczne.

Chmura kwantowa lub QCaaS

Ponieważ branża komputerowa wydaje się dążyć do tego samego punktu cenowego, ale zapewnia coraz lepsze i szybsze maszyny, nie należy oczekiwać, że sektor kwantowy będzie inny. Chmura kwantowa umożliwia wydajne zdalne uruchamianie obwodów kwantowych bez konieczności sprawdzania sprzętu.

Pomija to jednak fakt, że cena nie jest obecnie kluczowym czynnikiem. Co więcej, sama użyteczność komputerów kwantowych musi zostać najpierw udowodniona. Naturalnie, wraz z poprawą skalowania i wzrostem liczby kubitów, możemy spodziewać się spadku ceny za kubit, podczas gdy cena maszyny może początkowo wzrosnąć. Ostatecznie koszt dodatkowych kubitów prawdopodobnie stanie się marginalny. Wówczas, podobnie jak w przypadku konwencjonalnych urządzeń, cała cena komputera kwantowego może spaść i kto wie, może stanie się on tak wszechobecny jak smartfon, a jego cena będzie do niego dopasowana.

Powody, dla których warto kupić komputer kwantowy

Możesz być złoczyńcą Jamesa Bonda planującym globalną dominację. Jest jednak bardziej prawdopodobne, że powodem zakupu komputera kwantowego jest bezpieczeństwo. Zakup komputera kwantowego sprawia, że to, co robisz, jest z dala od wścibskich oczu. Oczywiście wszyscy dostawcy chmury kwantowej mają zabezpieczenia i szyfrowanie, ale to nie wystarczy dla przemysłu obronnego i tych, którzy być może mają tajemnice korporacyjne, których prawnicy nie pozwolą na żadną publiczną chmurę kwantową. Posiadanie maszyny fizycznie „na miejscu”, jak wiadomo, zapewni, że żadne dane nie opuszczą fizycznego budynku.

Może również spodobać się pomysł majstrowania przy fizycznym sprzęcie. Może to służyć nauczaniu, celom edukacyjnym lub po prostu dlatego, że niektórzy ludzie retro lubią prawdziwy sprzęt; chcą zobaczyć, jak działa rzeczywiste urządzenie. Firmy takie jak Rigetti sprzedają urządzenia przeznaczone do badań, umożliwiające eksperymentowanie z nadprzewodzącymi kubitami we własnym zakresie.

Zakup komputera kwantowego

Tak więc, jeśli przeczytałeś to wszystko i nadal chcesz kupić komputer kwantowy, wymienimy niektórych sprzedawców komputerów kwantowych, którzy z przyjemnością sprzedadzą ci urządzenie. Prawdopodobnie jednak zastanawiamy się, dlaczego chciałbyś to zrobić, chyba że badasz te urządzenia lub chcesz pomocy w nauczaniu.

Większość twórców urządzeń kwantowych nie publikuje kosztów swoich maszyn. Kluczem jest obniżenie ceny komputerów kwantowych do jak najniższego poziomu i uczynienie ich tak wszechobecnymi, jak to tylko możliwe.

W literaturze akademickiej analizowano koszty i ceny różnych części stosu kwantowego, których nie będziemy tutaj omawiać, ponieważ rozwój i innowacje stale wpływają na koszty.

Jaki komputer kwantowy można kupić?

Zakładając, że masz fundusze, istnieje kilka opcji. Nie ma jednak zbyt wielu możliwości wyboru; to, co można uzyskać, zależy od przypadku użycia.

Skalowanie kosztu komputera kwantowego

Ostatecznie liczba kubitów (analogiczna do rozmiaru pamięci w konwencjonalnym komputerze) wzrośnie, a koszt jednego kubitu spadnie. Jednak cena jednego kubitu może obecnie wynosić 2500 USD, więc dla tysiąca kubitów (co nie jest możliwe w przypadku urządzenia Spin Q), możemy oszacować, że maszyna z 1000 kubitów miałaby dolną granicę kosztu wynoszącą 2 500 000 USD.

Ten prosty argument jest jednak błędny, ponieważ nie każda technologia skaluje się podobnie. W rzeczywistości bardziej pomocna maszyna IBM z 433 kubitami będzie prawdopodobnie kosztować wielokrotnie więcej. Jednak zgodnie z naturą skalowania, niezależnie od ceny, cena za kubit będzie spadać, a komputery kwantowe będą coraz tańsze.

Kupić komputer kwantowy? Naprawdę?

Szczerze mówiąc, większość osób programujących komputery kwantowe nigdy nie będzie musiała ich fizycznie posiadać, dotykać ani za nie płacić. Chmura kwantowa umożliwia programistom pracę na urządzeniach kwantowych różnego typu z dowolnego miejsca. Korzystanie z jednej z wielu usług chmury kwantowej oznacza brak płynów kriogenicznych, ujemnych temperatur lub ludzi, którzy rozumieją elektronikę urządzeń kwantowych i fizykę kwantową.