Kiedy mowa o technologii przyszłości, obliczenia kwantowe zajmują jedno z czołowych miejsc na liście innowacji, które mogą radykalnie zmienić nasze życie. Dotychczasowe komputery, nawet te najbardziej zaawansowane, mają swoje ograniczenia w zakresie mocy obliczeniowej i czasu potrzebnego do rozwiązywania skomplikowanych problemów. W tym kontekście pojawia się Willow, nowy procesor kwantowy stworzony przez Google, który stanowi przełom w tej dziedzinie. Willow nie tylko zwiększa liczbę kubitów, ale przede wszystkim demonstruje zdolność do znacznej redukcji błędów, co do tej pory było największym wyzwaniem dla naukowców zajmujących się obliczeniami kwantowymi.
Obliczenia kwantowe a klasyczne komputery
Zanim przejdziemy do szczegółów dotyczących Willow, warto przez chwilę zastanowić się nad podstawowymi różnicami między komputerami klasycznymi a kwantowymi. Klasyczne komputery, niezależnie od tego, jak zaawansowane, operują na bitach, które mogą przyjmować wartości 0 lub 1. Z kolei komputery kwantowe korzystają z kubitów, które mogą jednocześnie znajdować się w stanie 0 i 1 dzięki zjawisku superpozycji. To właśnie ta cecha daje im potencjalnie ogromną przewagę nad klasycznymi maszynami, ponieważ pozwala na przetwarzanie wielu możliwych rozwiązań jednocześnie, zamiast wykonywania ich krok po kroku.
Jednakże obliczenia kwantowe nie są wolne od problemów. Największym wyzwaniem jest korekcja błędów, ponieważ kubity są niezwykle podatne na zakłócenia zewnętrzne, takie jak wahania temperatury czy promieniowanie elektromagnetyczne. To powoduje, że dane mogą być szybko tracone, a wyniki obliczeń stają się niepewne. Google Willow stanowi odpowiedź na ten problem, ponieważ po raz pierwszy udało się stworzyć system, który skutecznie minimalizuje te błędy w miarę zwiększania liczby kubitów.
Procesor Willow zawiera 105 kubitów i wykorzystuje nadprzewodzące obwody kwantowe. Zastosowanie siatek kubitów o rozmiarach 3x3, 5x5 oraz 7x7 pozwoliło na przeprowadzenie testów, które wykazały wyraźny spadek wskaźnika błędów przy każdej kolejnej iteracji zwiększania liczby kubitów. Oznacza to, że Willow osiągnął tzw. stan „below threshold”, co jest jednym z najważniejszych kamieni milowych na drodze do stworzenia praktycznego komputera kwantowego.
Warto zauważyć, że osiągnięcie tego stanu było celem badaczy od ponad 30 lat. Oznacza to, że system jest w stanie wykonywać obliczenia, gdzie liczba błędów jest na tyle niska, że można je skutecznie korygować w czasie rzeczywistym, bez utraty danych czy konieczności przerywania obliczeń.
Zastosowanie procesora Willow może zrewolucjonizować wiele dziedzin. Oto kilka przykładów:
Medycyna – Komputery kwantowe mogą przyczynić się do odkrycia nowych leków poprzez symulowanie interakcji cząsteczek na poziomie atomowym. Proces, który na klasycznych komputerach trwałby lata, może zostać wykonany w ciągu zaledwie kilku minut.
Energetyka – Willow może pomóc w projektowaniu bardziej wydajnych ogniw słonecznych czy baterii, co jest kluczowe dla przyszłości odnawialnych źródeł energii.
Sztuczna inteligencja – Komputery kwantowe mogą przyspieszyć proces uczenia maszynowego i poprawić jakość modeli AI poprzez przetwarzanie ogromnych ilości danych w sposób, jaki dotychczas był nieosiągalny.
Optymalizacja – Problemy optymalizacyjne występują w niemal każdej dziedzinie, od logistyki po finanse. Komputer kwantowy jest w stanie znajdować najlepsze rozwiązania znacznie szybciej niż klasyczne algorytmy.
Opracowanie użytecznego komputera kwantowego może mieć ogromny wpływ na globalną gospodarkę. Branże takie jak farmaceutyka, motoryzacja, finanse czy przemysł energetyczny mogą zyskać nowe narzędzia do rozwiązywania swoich największych problemów. Z tego powodu wiele firm i państw inwestuje ogromne środki w rozwój tej technologii. Google, jako jeden z liderów w tej dziedzinie, dzięki Willow pokazuje, że obliczenia kwantowe są nie tylko teoretycznym eksperymentem, ale realnym narzędziem przyszłości.
Mimo że Willow stanowi ogromny krok naprzód, to przed naukowcami istnieje jeszcze wiele wyzwań. Następnym celem Google jest stworzenie komputera kwantowego o tysiącach kubitów, który będzie w stanie wykonywać rzeczywiste zadania obliczeniowe. Kluczowe będzie dalsze doskonalenie technologii korekcji błędów oraz opracowanie bardziej efektywnych algorytmów kwantowych.
Hartmut Neven, lider zespołu Google Quantum AI, podkreśla, że sukces Willow to dopiero początek długiej drogi. „Naszym ostatecznym celem jest stworzenie użytecznego komputera kwantowego, który zmieni świat na lepsze” – mówi Neven. „Każdy kolejny krok przybliża nas do tego marzenia”.
Wato nadmienić także, że wymagania, które musi spełniać otoczenie, by taki procesor mógł działać są ogromne. Jednym z nich jest zaprojektowanie otoczenia w taki sposób, by Willow znajdował się w temperaturze bliskiej zeru absolutnemu, to jest ok -273 stopni Celsjusza i ok. -459 stopni Fahrenheita. Niestety przy obecnych możliwościach posiadanie takiego procesora we własnym, domowym komputerze jest jedynie pieśnią przyszłości.
Adrian Pluta
E-mail: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.
