Nakon što saznate više o kvantnim računalima, imati ćete priliku sami isprobati na kojem principu radi kvantno računalo u aplikaciji "Hello Quantum".

Ideja o kvantnom računalu seže u 1980., kada ga je matematičar Jurij Ivanovič Manin opisao u svojem radu “Izračunljivo i neizračunljivo”. Svega godinu dana nakon, Richard Feynman predložio je izradu jednog takvog računala na temelju zakona kvantne mehanike.

U klasičnom računanju neizvjesnost je neprihvatljiva, međutim s kvantnim računalima to je prednost. Kvantna računala imaju sposobnost učenja radeći s vjerojatnošću, dok istražuju višestruke odgovore kako bi došli do složenih odluka. Kvantna računala briljiraju kod obrade velikog broja podataka. Dizajnirana su za rješavanje složenih zadataka čije bi rješavanje na klasičnim računalima potrajalo danima ili se uopće ne bi mogli riješiti. Zanimljivo je da kvantna računala nisu univerzalno brža od klasičnih računala, ali brže obavljaju određene vrste izračuna. Svaka operacija možda neće biti brža, no broj operacija potrebnih za postizanje rezultata pomoću određenih algoritama je eksponencijalno manji.

Na linku ispod pogledajte jedan jednostavan primjer kako je igrajući kompjutersku igru čovjeku gotovo nemoguće pobjediti kvantno računalo.

Kako zapravo funkcionira kvantno računalo?

Kvantna računala razlikuju se od klasičnih računala, jer se njihovo funkcionirane temelji na kvatnoj mehanici.

Osnovne informacije na temelju kojih rade klasična računala su bitovi (0 i 1). U kvantnom računalu bitove (0 i 1) mijenjaju qubitovi ili kvantni bitovi (temeljni blokovi kvantne informacije). Moć qubita je u sposobnosti eksponencijalnog skaliranja, pri čemu 2-qubitni stroj provodi četiri izračuna istodobno, 3-qubitni osam izračuna istodobno, a 4-qubitni provodi 16 istodobnih izračuna. Takvo što je moguće zbog toga što su kvantna računala drugačija od današnjih standardnih računala.

Kvantni bit ili qubit, može biti ili jedinica, ili nula ili oboje istodobno, što je poznato kao kvantna superpozicija. Upravo to svojstvo qubita uz niz drugih svojstava omogućuje kvantnim računalima da određene operacije izvode znatno brže u odnosu na standardna računala.

2013. Kanadska tvrtka D-Wave objavila je kako je prvi put u nekoj zadaći njihovo kvantno računalo od 439 qubita pobijedilo klasično računalo. D-Waveovo računalo konstruirano je da smanji broj rješenja složenih jednadžbi. To kvantno računalo bilo je 3.600 puta brže od klasičnog računala. Obećavajući početni rezultati bili su dovoljni da IT industrija počne ulagati milijune u razvoj.

Ispod možete pogledati videa koja detaljnije objašnjavaju rad kvantnih računala.

Hoće li svijet prijeći na kvantna računala?

Obradom goleme količine podataka kvantna računala bi mogla razbiti gotovo neprobojne sigurnosne sustave, no to je tek jedna od mogućih primjena. Svijet znanosti i tehnologije doživio bi pravi procvat zato što bi znanstvenici mogli provoditi virtualne pokuse. Kvantnim računalom bilo bi moguće pratiti ponašanje atoma i čestica u neobičnim uvjetima.

Nadalje, moglo bi se modelirati i kemijske reakcije, što bi omogućilo istraživanje i izvedbu novih materijala, ali i dovelo do drastičnog proboja u medicini izradom i testiranjem novih lijekova koji bi se mogli simulirati. Računalni modeli bi mogli otkriti kako se javljaju neke bolesti i kako ih spriječiti.

Budu li kvantna računala radila onako kako su teorijski zamišljena, do traženog podatka u gomili podataka doći će se za tren. Time su postavljeni i novi temelji za razvoj naprednih algoritama za mreže. Razvoj umjetne inteligencije bio bi još intenzivniji od onoga što se zbiva danas. No do toga će proći još neko vrijeme.

Ipak izrada kvantnog računala je zahtjevna i nejasno je kada će se moći koristiti u svakodnevnoj uporabi. Međutim, optimizam brojnih tvrtki iz IT svijeta govori kako se već u skorijoj budućnosti mogu očekivati značajniji proboji tog pametnog računala u naš svakidašnji život.

Na linku pročitajte više o mogučim primjenama kvantnih računala, primjerice uvođenjem nove ere interneta - kvantnog interneta.

Revolucija kvantnih računala?

Pojam “kvantne nadmoći” (engl. quantum supremacy) opisuje kvantna računala koja bi mogla početi obavljati razne zadaće ne samo brže od klasičnih računala, već ih skoro i zamijeniti. Tu, primjerice, spada rastavljanje velikih brojeva na faktore.

Iz Googlea su ranije ove godine predložili tzv. Nevenov zakon, prema kojem snaga kvantnih računala raste dvostruko eksponencijalno, umjesto eksponencijalno prema Mooreovom zakonu. Prema još uvijek neslužbenim informacijama u Googleovim je laboratorijima nastalo kvantno računalo moćnije od svih postojećih klasičnih sustava. Navodno je Google već izradio znanstveni rad u kojem se tvrdi da njihovo kvantno računalo može učiniti nešto neviđeno: izvesti kalkulaciju u 3 minute i 20 sekundi, za koju bi najnaprednijem superračunalu današnjice, Summitu, trebalo otprilike – deset tisuća godina!

“To dramatično ubrzanje naspram svih poznatih klasičnih algoritama daje eksperimentalnu potvrdu kvantne nadmoći na jednom računalnom zadatku te navještava dolazak dugoočekivane promjene računalne paradigme”, kažu autori tog rada.

Ipak, napominje se da je njihov kvantni sustav visoko specijaliziran za izvođenje samo te, jedne jedine, zadaće. Primjena kvantnih računala za rješavanje svakodnevnih “teških” matematičkih problema još će neko vrijeme čekati.

Zanimljivosti

I vi možete isprobati kako se ponašaju qubiti. IBM je kreirao aplikaciju za pametne telefone "Hello Quantum".

Ovdje možete skinuti aplikaciju na Android:

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.ibm.research.helloquantum&hl=hr&gl=US

Ovdje možete skinuti aplikaciju na Iphone:

https://apps.apple.com/us/app/hello-quantum/id1378385003

Niže možete naći i nekoliko zanimljivih i zabavniih poveznica za temu kvantnih računala.

Na prvoj poveznici se nalazi link koji vodi do članka o video igrama na kvantnim računalima. Na drugoj i trećoj poveznici se nalaze linkovi koji vode na stranicu NASA-e.

Ana Bronić 1.c Druga gimnazija