Komputery kwantowe – fakty i mity

Komputery kwantowe, które jeszcze kilka lat temu były obiektem zainteresowania głównie naukowców i zorientowanych w temacie komentatorów, dziś coraz częściej pojawiają się w ofertach biznesowych. Czy to oznacza, że wchodzimy właśnie w erę kwantową, a całe dotychczas znane IT można powoli zacząć spisywać na straty?

Jak to zwykle bywa z pojęciami, których proste wyłożenie przeciętnemu Kowalskiemu może się okazać wyzwaniem, wokół kwantów narosło w ciągu ostatnich lat, a zwłaszcza w ciągu ostatnich miesięcy, wiele mitów. A także nieporozumień czy wręcz wypaczeń. Sprawdźmy zatem, które informacje przekazywane na temat komputerów kwantowych mają sens, a które należy – przynajmniej na razie – włożyć między bajki.

Komputery kwantowe już wyprzedziły bitowe

Już dziś wielu wieszczy, że najnowsze etapy prac nad komputerami kwantowymi oznaczają, że lada dzień nasze pecety będzie można wyrzucić na śmietnik. To oczywiście nieprawda. Zdaje się, że opinie te mylne opinie spopularyzowały się po tym, jak Google ogłosiło osiągnięcie w swojej maszynie supremacji kwantowej. Jest to sytuacja, w której te same zadania komputer kwantowy wykonuje szybciej niż maszyny liczące binarnie. 

Rzecz w tym, że nawet zespół naukowców zajmujących się rozwijanym przez Google komputerem D-Wave zaznacza, że supremację udało się osiągnąć w ściśle określonych warunkach i na bardzo konkretnym zestawie danych. W ogromnej liczbie pozostałych scenariuszy komputery kwantowe nadal są wolniejsze, zaś ich przewaga na dużą skalę w znacznej mierze jest po prostu chwytliwym faktem medialnym

Komputery kwantowe wkrótce zastąpią bitowe…

Hipoteza o tym, że w bliższej lub dalszej przyszłości – zazwyczaj podaje się bezpieczne 20 lat – każdy będzie miał na biurku komputer kwantowy (o czym za moment), jest dość przewrotna. Zanim jednak do niej przejdziemy, warto przypomnieć, że aktualnie sam kriostat (większość dzisiejszych maszyn trzeba chłodzić do 1K) komputera kwantowego prezentuje się tak:

Dwie dekady w IT to z drugiej strony szmat czasu i stawianie tutaj jakichkolwiek twierdzeń może narażać na kpinę, z jaką dzisiaj komentuje się słynne słowa, które w 1981 r. miał wypowiedzieć Bill Gates: „640 KB RAM-u powinno wystarczyć każdemu”. 

…i każdy będzie miał komputer kwantowy na swoim biurku

Przy okazji takich pozbawionych większego sensu prognoz warto zwrócić uwagę na pewien detal – komputery kwantowe mogą nigdy nie zastąpić zwykłych komputerów, gdyż… nigdy nie będzie takiej potrzeby. Natomiast superpozycje będzie się wykorzystywać w bardzo specyficznych, najbardziej zaawansowanych zadaniach. Rzeczone 640 KB RAM-u i będące dziś standardem 16 GB to ewolucja tego samego komponentu – pamięci operacyjnej. Zmieniło się wszystko – wielkość, sprzęt, prędkość, jednak koncepcja pozostaje niezmienna: koniec końców, nadal mamy do czynienia z RAM-em.

Tymczasem może się okazać, że komputery osobiste i komputery kwantowe to zupełnie inna para kaloszy. To maszyny liczące, które mają ze sobą tyle wspólnego, co lodówka turystyczna z chłodnią składową – obie się przydają i w teorii służą temu samemu, ale cóż, niewielu z nas dysponuje chłodnią składową. Trudno przewidywać, co się wydarzy za dwie dekady, niemniej stwierdzanie z jakąkolwiek dozą pewności, że kwanty wejdą pod strzechy, wydaje się dziś nieuzasadnione.

Komputery kwantowe zniszczą cyberbezpieczeństwo

Komputery kwantowe będą w przyszłości dysponować mocą obliczeniową zdolną przeprowadzić ataki brute force na dane zaszyfrowane współczesnymi algorytmami – to fakt. Rzecz w tym, że na razie nie dysponują i nic nie zapowiada, aby miało się to stać np. w ciągu najbliższych 36 miesięcy. Jak już wspomniano, komputery kwantowe są dziś bardziej wydajne niż bitowe w wąskich, skrajnie wyspecjalizowanych obszarach, w części zaś pozostają (i niewykluczone, że już na zawsze pozostaną) w zasadzie bezużyteczne.

Dajmy jednak hipotezie o końcu kryptografii szansę i wyobraźmy sobie, że wkrótce pojawi się komputer kwantowy zdolny łamać wykorzystywane dziś algorytmy szyfrowania. Wówczas faktycznie stoimy przed gigantycznym problemem – operacje łamania szyfrów, które komputerowi bitowemu zajęłyby dziesiątki tysięcy lat, dla komputera kwantowego będą kwestią sekund. 

Ale nie należy panikować – z pomocą przychodzi kryptografia, a jakże, kwantowa. Moc komputerów kwantowych można obrócić przeciw nim i zaprojektować algorytmy o sile i entropii analogicznej do ich wydajności obliczeniowej. Ba, liczne inicjatywy w zakresie kryptografii kwantowej już się podejmuje, trwają np. eksperymenty z realizacją transmisji danych z użyciem fotonów w superpozycjach. 

Komputery kwantowe wykształcą samoświadomość

Uff. Ten mit może ma mniej więcej tyle samo sensu, co unikanie czarnych kotów czy łapanie się za guzik na widok kominiarza. Jest to obawa przed techniczną rewolucją, która występuje w historii ludzkości od zawsze – nowe wynalazki wzbudzają obawy w ludziach, którzy nie wiedzą, w jaki sposób te wynalazki działają.  

Prawda jest jednak jeszcze straszniejsza – na razie nie wiemy, w jaki sposób kształtuje się samoświadomość! Niesłusznie bowiem stawia się znak równości pomiędzy inteligencją a świadomością. O ile prace nad tą pierwszą są już dziś wykorzystywane na ogromną skalę w coraz większej liczbie gałęzi przemysłu, a nawet życia codziennego, tak świadomość… cóż, pozostaje wielką niewiadomą. Nie sposób nawet wykluczyć, że wraz ze wzrostem inteligencji maszyn nie wykształci się ona przypadkowo. Nie mam jednak powodów twierdzić, że wzrost wydajności oferowany przez komputery kwantowe będzie miał jakiekolwiek przełożenie na narodziny SkyNetu.

Kwanty w biznesie?

Jako podsumowanie obecnego stanu rozwoju komputerów kwantowych, warto przestrzec przed czynieniem z nich buzzwordu. Niestety nie brakuje korporacji, które już dziś oferują moc kwantową, co oczywiście świetnie wygląda na PDF-ach z ofertą produktową, ale rozmywa się w praktyce. Nie brakuje na przykład usług chmur obliczeniowych, w których cześć przetwarzania ma się odbywać właśnie z użyciem kubitów. Jaka to część, a jaka jest wykonywana na zwykłych maszynach? To oczywiście tajemnica handlowa dostawcy.