Kwantowy potwór. Za 10 lat zobaczymy superkomputer na niespotykaną skalę

W maju na szczycie G7 w Hiroshimie, koncern technologiczny IBM zdradził swoje plany stworzenia rekordowego komputera kwantowego. We współpracy z Uniwersytetem Tokio i Uniwersytetem Chicago inicjatywa pochłonie 100 milionów dolarów (ok. 422 milionów złotych). Jej celem jest stworzenie technologii, która możliwościami obliczeniowymi przyćmi wszystko, co potrafią obecne komputery.

Kubity

Jeden kubit to najmniejsza jednostka informacji kwantowej. Ich unikatowa właściwość pozwala im być wartością 1 i 0 jednocześnie dzięki fenomenowi superpozycji, co przyspiesza gwałtownie obliczenia. To co zwykły komputer zrobi w kilka dni, kwantowy wykona w minuty.

W czasopiśmie MIT Technology Review czytamy, że w założeniach IBM ich monstrum ma mieć pojemność 100 tys. kubitów. Dla porównania chwalony w 2019 procesor Sycamore, zrobiony przez Google, miał 53 kubity. W 2022 roku chiński Zuchongzi osiągnął 66 kubity. Już sama różnica 13 kubitów miała wedle raportu sprawić, że Zuchongzi wykonywał te same obliczenia milion razy szybciej niż jego zachodni kuzyn.

W zeszłym roku IBM pobiło rekord w kwantowych obliczeniach, wytwarzając procesor Osprey o pamięci 433 kubitów. Teraz możemy wyobrazić sobie skalę ich ambicji na kolejne dziesięć lat.

Technologia, która dopiero powstaje

O ile liczby na papierze wyglądają imponująco, należy pamiętać, że obecne komputery kwantowe w praktyce mają dość ograniczone funkcje. Przeszkodą jest właśnie ograniczenie pamięci i problem z zewnętrznymi zakłóceniami, określanymi przez naukowców jako “hałas”. 

To ma zmienić projekt IBM, ich sprzęt będzie zdolny do operacji na pełną skalę i szerokich zastosowań tak, jak obecne superkomputery, z tym że będzie je przewyższał. Spora część mocy operacyjnej ma filtrować właśnie “hałas”. Kwantowe komputery IBM stosują kubity wytwarzane z pierścieni super-przewodzących metali. Obecne technologie pozwalają na skalowanie urządzeń aż do 5 tys. kubitów.

Czipy, obwody, i inne innowacje potrzebne do realizacji projektu dopiero powstają bądź są jeszcze w formie schematów. W 2025 roku IBM planuje wypuścić “Kookaburrę”, 1386 kubitowy procesor.

Kwantowe sztuczki

Słowo “kwantowy” brzmi nadal dość mistycznie i często pod technologią, która go używa, kryją się dodatkowe sztuczki. Jak widzieliśmy wyżej, na ilość wykorzystanych kubitów wpływa problem zakłóceń. Znaczenie ma też sama konstrukcja urządzenia. Same podane wartości kubitów niewiele mówią, ile rzeczywiście zostanie wykorzystane do obliczeń.

W tym wypadku, by ta bestia mogła działać, wspomagać ją będą klasyczne komputery. “Nazywam to kwantowo-centrycznym super przetwarzaniem danych” powiedział dla MIT Technology Review Jay Gambetta, dyrektor wykonawczy IBM. Obecny poziom technologii nie pozwala na zrobienie sprzętu dość wielkiego, by pracował nad szerszą gamą problemów.

Potrzebne będzie też zmniejszenie zużycia energii. Jeden kubit IBM wymaga 65 watów.

“Jeśli chcę ich do 100 tysięcy, to dużo energii: potrzebuję czegoś rozmiarów budynku, elektrowni atomowej i miliarda dolarów, aby zrobić jedną maszynę”, obliczył Gambetta. Technologia do osiągnięcia tego celu jeszcze nie istnieje.

Wkład uniwersytetów

Współpraca przemysłu z uniwersytetami ma dostarczyć innowacji. Dyrektor IBM patrzy w przyszłość z nadzieją na nowych specjalistów, przełomy w produkcji komponentów, komunikacji czy oprogramowania. Gambetta podaje, że powstało już 2000 dokumentów naukowych wykorzystujących technologię jego firmy.

Nie jest to jedyny taki projekt. Google zaangażowało we współpracę te same dwa uniwersytety, przeznaczając 50 milionów dolarów (ok. 211 milionów złotych) na rozwój badań nad komputerami kwantowymi.

Skala projektu jest ambitna i prezesi zauważają, że przedsięwzięcie jest ryzykowne. Koszty mogą urosnąć.

A jak to działa?

Jak pisałem, słowo "kwant" jest dość tajemnicze. Na naszych łamach demistyfikował je i wyjaśniał Krzysztof Majdan, w rozmowie z doktorem Przemysławem Chojeckim.

Rozmowa składa się z dwóch wątków - działania komputera kwantowego i tego, dlaczego przy nim najlepszy nawet superkomputer to kalkulator na sterydach. Drugim wątkiem jest nie do końca inteligentna sztuczna inteligencja - kiedy maszyna zacznie sama rozumować, wciąż poza zrozumieniem człowieka.