Komputery kwantowe – rewolucja w biznesie

Rewolucja w codziennych obliczeniach właśnie się rozpoczyna – komputery kwantowe wkraczają do biznesu! Dowiedz się, dlaczego warto zainteresować się tą rewolucyjną technologią i w jaki sposób może ona zmienić funkcjonowanie organizacji w przyszłości.

Jak działają komputery kwantowe?

Informatyka kwantowa to zjawisko, które brzmi jak science fiction, ale w rzeczywistości stanowi przełomową technologię dostępną na wyciągnięcie ręki. Ma szansę diametralnie zmienić sposób, w jaki przetwarza się informacje i wytyczyć drogę kolejnym technologicznym innowacjom.

Komputer kwantowy w Polsce

Komercyjne wykorzystywanie technologii kwantowej może ułatwić i przyspieszyć prace nad nowymi lekami, optymalizację łańcucha dostaw, usprawnić komunikację czy analizę portfela inwestycyjnego.

Zgodnie z prognozami do końca 2027 r. inwestycje kapitałowe w sektor osiągną 16,4 mld dolarów. Zyski z zastosowania tej technologii i jej znaczenie będą wielokrotnie większe.

Choć komputery kwantowe są w fazie rozwoju, a większość ich zastosowań praktycznych jest jeszcze w fazie eksperymentalnej, to Unia Europejska dostrzega ich ogromny potencjał. 

W siedzibie Wspólnego Przedsięwzięcia EuroHPC podpisano umowy, w ramach których od 2025 r. w sześciu europejskich krajach zaczną działać właśnie komputery kwantowe. Jednym z nich jest Polska.

Urządzenia te zostaną zintegrowane z istniejącymi już superkomputerami i stworzą sieć paneuropejską. Będą w stanie rozwiązywać złożone problemy związane z takimi obszarami, jak zdrowie, zmiana klimatu, logistyka czy zużycie energii w ciągu kilku godzin. Całkowity koszt planowanej inwestycji to ponad 100 mln euro.

Kubity

Jak działa komputer kwantowy? Różnica między tradycyjnymi a kwantowymi komputerami jest ogromna. Wykorzystują one inne podejścia do przetwarzania danych. Aby lepiej to zrozumieć, warto zapoznać się z takimi pojęciami jak kubit, superpozycja kwantowa, splątanie kwantowe oraz bramki kwantowe.

Podstawową jednostką informacji w klasycznej informatyce jest bit, który może przyjmować wartość binarną 0 lub 1. Informatyka kwantowa operuje natomiast na kubitach (ang. qubit od quantum bit), które od zwykłych bitów różnią się dwoma własnościami, czyli superpozycją i splątaniem.

Superpozycja kwantowa i splątanie kwantowe

Superpozycja kwantowa to – w dużym uproszczeniu – stan, w którym pojedynczy kubit może reprezentować jednocześnie obie wartości bitowe, a więc 0 i 1. Splątanie kwantowe jest z kolei zjawiskiem polegającym na tym, że dwa lub więcej kubitów są ze sobą powiązane w taki sposób, że ich stany są od siebie zależne.

Te dwie własności pozwalają komputerom kwantowym na wykonywanie wielu równoległych obliczeń w ułamku sekundy, co w gruncie rzeczy stanowi fundament ich potężnej mocy obliczeniowej.

Zadania, które dla komputerów klasycznych byłyby bardzo złożone lub nawet niemożliwe do rozwiązania w akceptowalnym czasie, mogą być wykonywane przez komputer kwantowy z niespotykaną dotąd efektywnością.

Bramki kwantowe

Komputer kwantowy wykonuje obliczenia poprzez manipulowanie stanami kubitów za pomocą specjalnych operacji zwanych bramkami kwantowymi. Są one analogiczne do bramek logicznych w komputerach klasycznych, ale działają na superpozycjach i splątaniach kwantowych. Bramki kwantowe mogą być pojedyncze lub wielokrotne w zależności od tego, ile kubitów wpływa na siebie nawzajem.

Przykładami są:

• bramka Hadamarda, która tworzy superpozycję z równym prawdopodobieństwem stanu 0 i 1;
• bramka NOT, która odwraca stan kubitu;
• bramka CNOT, która zmienia stan jednego kubitu w zależności od stanu innego kubitu.

Jakie są zastosowania komputerów kwantowych w biznesie?

Dzięki zdolnościom obliczeniowym, które są poza zasięgiem tradycyjnych komputerów, informatyka kwantowa ma potencjał do rewolucjonizowania wielu dziedzin biznesu i nauki. Oto niektóre z obecnych i potencjalnych zastosowań.

• Symulacje molekularne – komputery kwantowe mogą symulować zachowanie atomów i cząsteczek, co ma kluczowe znaczenie dla opracowywania nowych materiałów, leków i technologii. Może to usprawnić projektowanie lepszych baterii, paneli słonecznych, katalizatorów, a nawet nanocząstek.
  
  
• Optymalizacja – komputery kwantowe mogą pomóc w znalezieniu optymalnego rozwiązania kwestii o dużej złożoności i wielu ograniczeniach, takich jak harmonogramowanie produkcji, planowanie tras transportu czy alokacja zasobów lub optymalizacja sieci energetycznych.
  
  
• Sztuczna inteligencja – obliczenia kwantowe mogą przyspieszyć uczenie maszynowe, które jest podstawą sztucznej inteligencji. To pozwala usprawnić analizę dużych zbiorów danych, rozpoznawanie obrazów, przetwarzanie języka naturalnego i generowanie złożonych treści.
  
  
• Kryptografia – komputery kwantowe stanowią zarówno zagrożenie, jak i szansę dla bezpieczeństwa informacji. Z jednej strony pozwalają złamać niektóre z obecnie używanych systemów szyfrowania, m.in. RSA czy ECC. Z drugiej jednak mogą umożliwić tworzenie nowych i bardziej skutecznych zabezpieczeń opartych na zjawiskach kwantowych, takich jak kryptografia kwantowa czy sieci kwantowe.
  
  
• Zarządzanie łańcuchem dostaw – złożone problemy, które obejmują znalezienie najbardziej efektywnych tras dostaw lub optymalizację poziomów zapasów, mogą być rozwiązywane znacznie szybciej przez komputery kwantowe. Wydajność ta może prowadzić do znacznych oszczędności kosztów dla firm transportowych przy jednoczesnym zminimalizowaniu marnotrawstwa zasobów.

Wyzwania stojące przed informatyką kwantową

Informatyka kwantowa to fascynująca i obiecująca dziedzina, która wciąż jednak znajduje się na wczesnym etapie rozwoju. Firmy technologiczne i instytuty badawcze muszą poradzić sobie z kilkoma wyzwaniami, takimi jak:

• wyeliminowanie błądzenia kwantowego (zjawiska, które wprowadza błędy do obliczeń);
• zapewnienie odpowiedniego chłodzenia oraz izolacji termicznej;
• wprowadzenie nowych technik kryptograficznych odpornych na ataki kwantowe.

Dodatkowo, istotną barierę wejścia stanowi niedobór wiedzy specjalistycznej w zakresie programowania kwantowego oraz wysokie koszty związane z budową i utrzymaniem sprzętu.

Nie ulega wątpliwości, że po wyeliminowaniu wszystkich tych ograniczeń informatyka kwantowa ma szansę odegrać kluczową rolę w napędzaniu innowacji technologicznych i transformacji społeczeństwa.