reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© Pixabay Technologie | 06 kwietnia 2018

Rewolucja kwantowa coraz bli偶ej

Kiedy komputery kwantowe trafi膮 w ko艅cu na rynek, na naszych oczach mo偶e dokona膰 si臋 technologiczna rewolucja por贸wnywalna z upowszechnieniem si臋 komputer贸w osobistych, czy powstaniem Internetu. Polskie firmy r贸wnie偶 chc膮 wzi膮膰 w tym udzia艂.
Poszukiwaniem sposob贸w na wykorzystanie zjawisk kwantowych w technologiach komputerowych zajmuj膮 si臋 obecnie najbardziej zaawansowane o艣rodki naukowe na 艣wiecie. O ile jeszcze par臋 lat temu pomys艂 stworzenia 鈥瀔wantowego komputera鈥 by艂 domen膮 g艂贸wnie teoretycznych rozwa偶a艅 naukowc贸w, o tyle obecnie najwi臋ksi technologiczni gracze na globalnym rynku oraz najsilniejsze pa艅stwa inwestuj膮 ogromne sumy w prac臋 nad konkretnymi rozwi膮zaniami. Anna Kami艅ska, ekspert technologicznej firmy Creotech Instruments SA, wyja艣nia 偶e przyczyn膮 tego przyspieszenia jest wielki post臋p, jaki zosta艂 osi膮gni臋ty w fizyce w zakresie kontroli i odczytu w艂a艣ciwo艣ci stanu kwantowego pojedynczych atom贸w, czy nawet cz膮stek elementarnych. - Stan kwantowy, zwany spinem, jest idealnym kandydatem z 鈥瀔wantowego 艣wiata鈥 do pe艂nienia roli kubitu, czyli jednostki informacji kwantowej. Kubit w komputerach kwantowych ma sta膰 si臋 nast臋pc膮 bitu 鈥 t艂umaczy dr Anna Kami艅ska z Creotech Instruments SA. - Gdy odczytujemy tzw. rzut kwantowego spinu, to mo偶e on przyj膮膰 warto艣ci 鈥榳 g贸r臋鈥 lub 鈥榳 d贸艂鈥, co odpowiada warto艣ciom 0 lub 1 znanym nam z systemu binarnego. Tu jednak analogia z klasycznym komputerem si臋 ko艅czy. W trakcie dzia艂ania komputera kwantowego wykorzystywane mog膮 by膰 bowiem stany mieszane, 鈥瀟roch臋 0 i troch臋 1鈥, co zmienia zupe艂nie natur臋 i dost臋pn膮 moc obliczeniow膮 maszyny 鈥 m贸wi Kami艅ska. 漏 Pixabay

Kwantowy wy艣cig zbroje艅

Zaawansowane badania nad komputerami kwantowymi prowadz膮 obecnie du偶e i renomowane firmy. Zaledwie kilka tygodni temu Google pochwali艂 si臋 zbudowaniem procesora 72-kubitowego, natomiast IBM testuje ju偶 w艂asny prototyp komputera 50-kubitowego. Swoje w艂asne inwestycje i badania prowadzi Microsoft, Intel, Airbus, ale tak偶e chi艅ski gigant e-commerce Alibaba. Jako 艣wiatowy lider w wykorzystaniu pu艂apek jonowych w technologiach kwantowych wyr贸偶nia si臋 firma IonQ. Mamy wiec do czynienia ze swoistym globalnym wy艣cigiem, kt贸ry por贸wna膰 mo偶na do rywalizacji w obszarze kosmicznym mi臋dzy Stanami Zjednoczonymi i Zwi膮zkiem Radzieckim w drugiej po艂owie XX wieku. Tak wielkie zainteresowanie biznesu nie powinno dziwi膰 je艣li we藕miemy pod uwag臋 przewidywan膮 skal臋 nadchodz膮cej rewolucji zwi膮zanej z komercyjnym wykorzystaniem zjawisk kwantowych. Wdro偶enie na rynek komputer贸w kwantowych zdecydowanie usprawni rozwi膮zywanie pewnych klas problem贸w obliczeniowych. Otworzy to zupe艂nie nowe mo偶liwo艣ci w analizowaniu wielkich zbior贸w danych (big data), w metodach uczenia maszynowego (machine learning), rozpoznawania wzorc贸w (pattern recognition) oraz w modelowaniu proces贸w w fizyce, chemii, biologii i medycynie. Takie mo偶liwo艣ci obliczeniowe znajd膮 r贸wnie偶 wa偶ne zastosowania w bezpiecze艅stwie narodowym, finansach i cyberbezpiecze艅stwie. - M贸wimy wi臋c o rozwi膮zaniach, kt贸rych d艂ugoterminowego wp艂ywu na codzienne 偶ycie ka偶dego z nas nie jeste艣my sobie w stanie nawet wyobrazi膰 鈥 m贸wi Jacek Kosiec, dyrektor Programu Kosmicznego w Creotech Instruments SA. - Tego rodzaju technologiczne rewolucje nie zdarzaj膮 si臋 codziennie i przyj臋to nazywa膰 je innowacjami radykalnymi (ang: disruptive innovations) poniewa偶 w spos贸b radykalny zmieniaj膮 ca艂e ga艂臋zie gospodarki. Przyk艂adem tego typu innowacji jest wprowadzenie na rynek komputer贸w osobistych, czy telefon贸w kom贸rkowych i upowszechnienie si臋 Internetu. Badania nad komputerami kwantowymi s膮 r贸wnie偶 coraz intensywniej wspierane ze 艣rodk贸w publicznych. Z raportu 鈥濼he Commercial Prospects for Quantum Computing鈥, wydanego w 2016 roku przez Networked Quantum Information Technologies wynika, 偶e w latach 2010-2016 na inwestycje w rozw贸j technologii komputer贸w kwantowych w USA przeznaczono ponad 200 mln dolar贸w. Podobne kwoty wydane zosta艂y na ten cel przez organizacje publiczne w Kanadzie i w Singapurze. W Europie w tym samym czasie, w inwestycjach w badania nad komputerami kwantowymi prym, wiod艂a Wielka Brytania, z wydatkami si臋gaj膮cymi 63 mln dolar贸w oraz Holandia, kt贸ra przeznaczy艂a na ten cel 50 mln dolar贸w. Jesieni膮 2013 rok rz膮d brytyjski zainicjowa艂 narodowy program technologii kwantowych, w ramach kt贸rego zobowi膮za艂 si臋 do zainwestowania 270 mln funt贸w w ci膮gu 5 lat w rozw贸j bada艅 w tej dziedzinie. Od 2016 roku Unia Europejska tak偶e posiada w艂asn膮 polityk臋 w tym zakresie i jej elementem jest Quantum Technology Flagship. W ramach tej unijnej inicjatywy, kt贸rej bud偶et przekracza miliard euro, powstawa膰 maj膮 konkretne rozwi膮zania, bazuj膮ce na zjawiskach kwantowych, zwi膮zane z komunikacj膮 i transmisj膮 danych, realizacj膮 skomplikowanych oblicze艅 i symulacji oraz diagnostyk膮.

Rodz膮cy si臋 nowy rynek

Cho膰 komercyjne komputery kwantowe jeszcze nie istniej膮, firmy zajmuj膮ce si臋 badaniami rynku ju偶 bior膮 je pod uwag臋 w swych analizach. Przyk艂adowo Market Research Media przewiduje, 偶e warto艣膰 rynku komputer贸w kwantowych przekroczy 5 miliard贸w dolar贸w do roku 2020. Badania nad komputerem kwantowym prowadzone s膮 w spos贸b wielotorowy i stymuluj膮 rozw贸j innych technologii. - Wynika to z tego, 偶e nie mamy jasnego i jednoznacznego 鈥瀙rzepisu鈥 na taki komputer. Wiele r贸偶nego rodzaju znanych nam jon贸w, atom贸w, cz膮stek, czy nawet niezwykle ma艂ej skali defekt贸w w materia艂ach, ma w艂a艣ciwo艣ci kwantowe odpowiednie do zastosowania w funkcji kubitu 鈥 t艂umaczy dr Anna Kami艅ska. - Z tym oczywi艣cie zwi膮zane s膮 liczne sposoby programowania czy interpretacji dzia艂a艅 kwantowego procesora. Ponadto ka偶dy rozwa偶any rodzaj kubitu wymaga do pracy innych warunk贸w laboratoryjnych i innych metod sterowania. Ogromne wyzwanie stanowi wi臋c stworzenie elektroniki s艂u偶膮cej do kontroli 艣rodowiska kubitu przez uk艂ady laser贸w, pomp pr贸偶niowych, kriostat贸w i wielu innych skomplikowanych urz膮dze艅. Elektronika taka musi spe艂nia膰 bardzo wy艣rubowane i trudne do osi膮gni臋cia technicznie parametry 鈥 reagowa膰 niezwykle szybko, w czasie rz臋du mikrosekundy, na zmieniaj膮ce si臋 warunki 鈥 dodaje Kami艅ska

Od czujnik贸w dla CERN do komputer贸w kwantowych

Poniewa偶 wykorzystanie zjawisk kwantowych w komputerach przysz艂o艣ci wymaga zastosowania wyj膮tkowo precyzyjnych uk艂ad贸w elektronicznych, firmy takie jak Creotech Instruments S.A., kt贸re specjalizuj膮 si臋 w projektowaniu i produkcji elektroniki wysokiej niezawodno艣ci na potrzeby fizyki akceleratorowej, eksperymentalnych reaktor贸w termoj膮drowych i projekt贸w kosmicznych chc膮 w tym perspektywicznym rynku mie膰 sw贸j udzia艂. - Potrzeby szeroko rozumianego, rodz膮cego si臋 鈥榩rzemys艂u kwantowego鈥 s膮 w znacznej mierze zbie偶ne z potrzebami odbiorc贸w naszej elektroniki wysokiej niezawodno艣ci 鈥 zauwa偶a Jacek Kosiec. 鈥 W kwantowych komputerach przysz艂o艣ci ogromne znaczenie b臋d膮 mia艂y precyzyjne uk艂ady kontrolno-pomiarowe, kt贸re wykorzystywane b臋d膮 do weryfikowania stanu oraz sterowania ca艂ym urz膮dzeniem. Nasza firma posiada ogromne do艣wiadczenie w projektowaniu tego typu uk艂ad贸w na potrzeby fizyki wysokich energii czy sektora kosmicznego. Budowa kompetencji w tej perspektywicznej, kwantowej, dziedzinie to jeden z wa偶nych kierunk贸w rozwoju naszej sp贸艂ki. Firma Creotech Instruments SA, dzi艣 kojarzona g艂贸wnie w presti偶owymi projektami kosmicznymi, pocz膮tkowo specjalizowa艂a si臋 w produkcji precyzyjnych elektronicznych urz膮dze艅 pomiarowych dla instytucji badawczych takich jak Instytut Bada艅 J膮drowych CERN, czy niemiecki GSI. Do dzi艣 ta dziedzina, obok projekt贸w kosmicznych i us艂ug bazuj膮cych na wykorzystaniu danych satelitarnych, stanowi istotn膮 cz臋艣膰 biznesu sp贸艂ki z Piaseczna.

Podobie艅stwa i wyzwania

Systemy kontrolno-pomiarowe dla komputer贸w kwantowych powinny, podobnie jak te dedykowane laboratoriom wysokich energii czy eksperymentalnym takomakom (reaktorom termoj膮drowym), cechowa膰 si臋 wyj膮tkow膮 precyzj膮 i niezawodno艣ci膮. Jednak 鈥榩rzemys艂 kwantowy鈥 t臋, i tak wysoko zawieszon膮 poprzeczk臋, podnosi jeszcze wy偶ej. - Testowane s膮 r贸偶norodne pomys艂y na kwantowy komputer. Naukowcy wykorzystuj膮 kubity oparte na pu艂apkach jonowych, kubity nadprzewodz膮ce, kubity topologiczne, czy sieci optyczne 鈥 t艂umaczy dr Anna Kami艅ska. - Ka偶de z tych rozwi膮za艅 wymaga innych warunk贸w otoczenia do pracy, innych temperatur, innych p贸l elektromagnetycznych, innych sposob贸w manipulowania kubitami. W zwi膮zku z tym stworzenie mo偶liwie uniwersalnego systemu kontrolno-pomiarowego wymaga zastosowania podej艣cia modu艂owego. Kolejnym wyzwaniem jest zapewnienie hiperkr贸tkiego czasu reakcji uk艂adu kontrolnego, przynajmniej o rz膮d wielko艣ci kr贸tszego ni偶 ten wymagany w fizyce akceleratorowej. Znajdujemy si臋 tu ju偶 naprawd臋 na granicach wsp贸艂czesnych mo偶liwo艣ci technologicznych i spe艂nienie takich wymaga艅 b臋dzie efektem d艂ugiej i wielopoziomowej pracy in偶ynierskiej 鈥 dodaje Kami艅ska.

Ogrom zastosowa艅

Technologie kwantowe to jednak nie tylko komputery. Zjawiska kwantowe mog膮 znale藕膰 zastosowanie w znacznie prostszych uk艂adach, kt贸re w zamy艣le badaczy b臋d膮 w przysz艂o艣ci s艂u偶y膰 do modelowania i symulacji proces贸w, z kt贸rych opisem nie s膮 w stanie sobie poradzi膰 klasyczne superkomputery. Trwaj膮 r贸wnie偶 badania nad prostymi komputerami 鈥 przeka藕nikami kwantowymi, na bazie kt贸rych mo偶na budowa膰 systemy komunikacji idealnie bezpiecznej. Elementy komunikacji kwantowej s膮 ju偶 testowane na chi艅skim satelicie Micius, a chi艅skie w艂adze chc膮 w najbli偶szych latach wprowadzi膰 ca艂膮 sie膰 bezpiecznej kwantowej komunikacji na sw贸j u偶ytek. - Efekty kwantowe w postaci przej艣膰 atomowych s膮 ju偶 od dawna u偶ywane w zegarach atomowych jako najdok艂adniejszy wzorzec czasu i cz臋stotliwo艣ci, jakim dysponuje ludzko艣膰. Jest on niezb臋dny np. do dzia艂ania systemu GPS czy nawigacji na orbicie i w przestrzeni kosmicznej, ale te偶 w tak 鈥榩rzyziemnych鈥 zastosowaniach jak sterowanie sieciami energetycznymi czy telekomunikacyjnymi 鈥 wskazuje Kami艅ska Zdaniem ekspertki zwi臋kszenie dok艂adno艣ci zegar贸w atomowych, nad kt贸rym pracuj膮 liczne laboratoria na 艣wiecie, otworzy nowe, ciekawe zastosowania, cho膰by w grawimetrii, czyli pomiarach pola grawitacyjnego Ziemi. Niezwyk艂膮 precyzj臋, jak膮 oferuj膮 technologie kwantowe, planuje si臋 wykorzystywa膰 r贸wnie偶 w r贸偶nego rodzaju czujnikach, w szczeg贸lno艣ci pola magnetycznego, gdzie osi膮gniecie niespotykanej dot膮d czu艂o艣ci wydaje si臋 realne w ci膮gu najbli偶szych kilku lat. - Dodaj膮c do tego mo偶liwo艣ci, jakie daje kontrolowana coraz lepiej kwantowa natura 艣wiat艂a, kt贸rej b臋dzie mo偶na u偶y膰 w nowych metodach obrazowania, przekazu informacji czy w r贸偶nego rodzaju detektorach, mo偶na z wielkim zainteresowaniem wyczekiwa膰 鈥瀔wantowej rewolucji鈥 鈥 z pewno艣ci膮 b臋dzie ciekawie 鈥 podsumowuje dr Anna Kami艅ska z Creotech Instruments SA.
reklama
reklama
reklama
reklama
Za艂aduj wi臋cej news贸w
February 19 2019 15:52 V12.2.2-1