Za najbardziej rewolucyjny i przyszłościowy trend technologiczny uznaje się obecnie sztuczną inteligencję. Już niedługo jednak może okazać się, że to komputery kwantowe staną na czele technologicznej rewolucji, umożliwiając chociażby rozwój AI i uczenia maszynowego w niespotykanym dotąd tempie. Google (NASDAQ:GOOGL), biorący udział w wyścigu kwantowych obliczeń, rywalizując z IBM (NYSE:IBM) czy Intelem, ogłosił właśnie osiągnięcie kolejnego kamienia milowego w swoich pracach nad komputerami kwantowymi.
Na skróty:
- Google posiada stabilny komputer kwantowy o złożoności 70 kubitów, rozwiązujący w czasie rzeczywistym problemy, które najmocniejszemu tradycyjnemu komputerowi zajęłyby 47 lat
- Już w 2019 roku koncern ogłosił tzw. „przewagę kwantową”, która obecnie została potwierdzona
- Komputer kwantowy Google jest 241 mln razy wydajniejszy niż wersja z 2019 roku
- Więcej ważnych informacji znajdziesz na stronie głównej FXMAG
Przewaga kwantowa potwierdzona
Google prowadzi prace badawcze nad rozwojem komputerów kwantowych już od dekady, jakiś czas temu wysuwając się na prowadzenie w wyścigu o stworzenie superwydajnego procesora do obliczeń, które „zwykłym” komputerom zajęłyby nawet… dziesiątki lat.W ostatni weekend badacze z Google ogłosili, że rozwijany przez nich komputer kwantowy osiągnął złożoność na poziomie 70 kubitów, będących podstawową kwantową jednostką informacji. Dla większości ludzi brzmi to całkowicie abstrakcyjnie, dlatego też Google posłużyło się porównaniem. Najnowsza wersja ich komputera kwantowego jest w stanie w czasie rzeczywistym wykonywać obliczenia, które obecnie istniejącym, najbardziej wydajnym tradycyjnym superkomputerom zajęłyby ok. 47 lat.
Tym samym Google potwierdził - ogłoszone po raz pierwszy już we wrześniu 2019 roku - osiągnięcie tzw. przewagi kwantowej. Wówczas jednak wydarzenie to nie obiło się zbyt szerokim echem, a wielu fizyków kwantowych zwracało uwagę, na to że w badaniu wykorzystano problem, którego rozwiązanie było wręcz zaprojektowane pod komputer kwantowy Google’a i samo w sobie nie miało jakiegokolwiek praktycznego zastosowania.
Czym jest wspomniana przewaga kwantowa, na której tak bardzo zależy technologicznym gigantom, biorącym udział w wyścigu kwantowych komputerów? Jest to termin określający hipotetyczne zjawisko, w którym procesor kwantowy osiąga przewagę obliczeniową nad klasycznym przy rozwiązywaniu problemów tej samej klasy. Jego autorem jest fizyk teoretyczny John Preskill.
W 2019 roku Google testowało swój komputer kwantowy podczas dokonywania obliczeń z wykorzystaniem generatora liczb losowych i sprawdzania rzeczywistego stopnia jego losowości, które dla ówcześnie najmocniejszego komputera z klasycznym procesorem byłyby niemożliwe do wykonania. Google’owski komputer zakończył zadanie w 3 minuty i 20 sekund, podczas gdy najmocniejszy klasyczny superkomputer potencjalnie potrzebowałby na to ok. 10 tys. lat.
Co ciekawe, cztery lata temu komputer kwantowy stworzony przez Google posiadał znacznie mniej rozbudowaną architekturę, na którą składało się „zaledwie” 54 kubitów.
Obecnie komputer kwantowy Google ma 70 kubitów, co oznacza że jego moc obliczeniowa jest nieporównywalnie większa - wg badaczy jest on aż 241 mln razy wydajniejszy niż wersja z 2019 roku.
To jednak nie wszystko, bo Google nie odmówił sobie porównania jego komputera kwantowego z superkomputerem Frontier, stworzonym przez AMD i uznawanym obecnie za najwydajniejszy na świecie.
Badacze twierdzą, że Frontier potrzebowałby niewiele ponad 6 sekund do tego, by przeprowadzić obliczenia, które 54-kubitowy komputer kwantowy Google wykonywał cztery lata temu w czasie rzeczywistym. Jeśli jednak najwydajniejszy tradycyjny superkomputer świata miałby zmierzyć się z obliczeniami, które 70-kubitowy procesor kwantowy Google wykonuje w czasie rzeczywistym, to zajęłoby mu to… ponad 47 lat.
Google develops a quantum computer that can instantly make calculations that would take the best rival supercomputers 47 YEARS. pic.twitter.com/DJijrpPdLM— Project TABS (@ProjectTabs) July 3, 2023
Rewolucja w warunkach laboratoryjnych
O rewolucji, jaką mają przynieść komputery kwantowe mówi się już od lat, jak na razie jednak dobrodziejstwa kwantowych obliczeń ograniczają się głównie do laboratoriów i prac naukowych. Same algorytmy, które rozwiązują komputery kwantowe, osiągając ogromną przewagę nad tradycyjnymi procesorami, nie mają jednak praktycznego zastosowania, poza badaniami. Krytycy zwracają uwagę na to, że coraz bardziej imponujące osiągnięcia komputerów kwantowych to przedwczesny optymizm, szczególnie że ogłoszona już kilka lat temu „przewaga kwantowa” dotyczy wyłącznie problemów zaprojektowanych właśnie dla procesorów kwantowych. Aktualnie nie da się wykorzystać procesorów kwantowych np. do ultraszybkiego renderowania grafiki czy tworzenia niemożliwych do złamania „zwykłym” komputerem zabezpieczeń kryptograficznych.Naukowcy twierdzą, że obliczenia kwantowe będą w pierwszej kolejności wykorzystywane do opracowywania cząsteczek nowych leków czy tworzenia modeli, wspomagających walkę ze zmianami klimatycznymi i trenowania algorytmów sztucznej inteligencji w tempie znacznie szybszym niż obecnie.
Google pracuje nad procesorami kwantowymi już od 2013 r., choć IBM współpracował w tym zakresie z Uniwersytetem Stanforda już od 2001 roku. Teoretyczne podwaliny dla komputerów kwantowych sięgają jednak lat 80. ubiegłego wieku.
Za pioniera kwantowych układów obliczeniowych uznaje się zaś kanadyjską firmę D-Wave Systems, która w lutym 2007 r. opublikowała schemat techniczny 128-kubitowego procesora, który jak dotąd nie został jeszcze wyprodukowany (lub jego istnienie nie zostało przekazane do publicznej wiadomości). D-Wave wykonał też pierwszy komputer kwantowy dla Google w 2009 rokru. Aktualnie trzy big techy, takie jak Google, IBM i Intel (NASDAQ:INTC), dysponują prototypowymi procesorami kwantowymi, których moc przekracza 50 kubitów, a w czerwcu również Chiny zapowiedziały, że ich pierwszy komputer kwantowy o 72-kubitowej budowie jest już niemal gotowy do rozpoczęcia pracy. IBM już pod koniec 2017 r. uruchomiło usługę Q, pozwalającą na wydzierżawienie komputerów kwantowych o mocy 5 kubitów w chmurze obliczeniowej do własnych zastosowań.
Komputery kwantowe wciąż są jednak na zbyt wczesnym etapie rozwoju, aby zapewnić praktyczną przewagę obliczeniową w zastosowaniach komercyjnych, nie mówiąc już o aspektach finansowych - jeszcze przez długi czas kwantowe procesory pozostaną jedynie w laboratoriach największych koncernów technologicznych świata.
Kwantowe zagrożenia
Tak potężna i wciąż jeszcze słabo poznana technologia wiąże się z ogromną odpowiedzialnością, jak i potencjalnymi zagrożeniami. I to w znacznie większym stopniu od samego uczenia maszynowego i sztucznej inteligencji, które również mogą zacząć rozwijać się w nieporównywalnie szybszym tempie niż dotychczas, korzystając z dobrodziejstw kwantowych procesorów. Za jedno z głównych - choć jednocześnie zupełnie teoretycznych - zagrożeń związanych z rozwojem kwantowych obliczeń uważa się całkowite „rozbrojenie” kryptografii asymetrycznej. Większości osób może ona kojarzyć się z kryptowalutami, co jest skojarzeniem prawidłowym, jednak całkowicie oderwanym od skali problemu. Kryptografia klucza publicznego jest bowiem podstawowym sposobem szyfrowania naszych danych i jest wykorzystywana niemal wszędzie - od certyfikatów bezpieczeństwa na stronach internetowych, przez logowanie się do bankowości, serwisów społecznościowych, naszych danych w chmurze aż po dane zaszyfrowane na serwerach firm, rządowych agencji, wojska i organów ścigania. Wszystkie cyfrowe dane, od naszych zdjęć z wakacji na prywatnej chmurze, przez portfele bitcoina i innych kryptowalut, rachunki bankowe, aż po najbardziej poufne informacje różnych służb są zabezpieczone z użyciem kryptografii asymetrycznej.Pozwala ona na udostępnienie klucza publicznego bez ryzyka odszyfrowania klucza prywatnego, który zapewnia bezpośredni dostęp do danych. Klucz publiczny jest generowany na podstawie klucza prywatnego i proces ten przy wykorzystaniu aktualnych rozwiązań jest nieodwracalny. Jednym z hipotetycznych zastosowań komputerów kwantowych będzie właśnie odwrócenie tego procesu, pozwalające na odszyfrowanie klucza prywatnego na podstawie - dotychczas bezpiecznego - klucza publicznego. Jeśli odwrócenie procesów stojących za kryptografią asymetryczną się powiedzie, będzie to równoznaczne z tym, że zarówno nasze środki w kryptowalutach, saldo konta bankowego czy prywatne pliki w chmurze przestaną być bezpieczne.
To scenariusz rodem z science-fiction i na razie trudno jest traktować go jako realne ryzyko. Gdyby jednak komputerom kwantowym udało się „rozbroić” obecne zabezpieczenia kryptograficzne, to zagrożenia z tym związane byłyby znacznie większe niż np. te wynikające z dynamicznego rozwoju AI.