"Priroda nije klasična i ako želite napraviti simulaciju prirode, tada je bolje da to činite koristeći kvantnu mehaniku. I to je divan problem jer uopće nije jednostavan", tako je govorio slavni fizičar i nobelovac Richard Feynman 1981. godine na jednoj konferenciji u Massachusettsu. Upravo se njega povezuje s idejom o potrebi izgradnje kvantnog računala kako bi se riješili veliki kompleksni problemi prirode koji su nerješivi za klasična računala. A povijest teorije kvantne mehanike koja se bavi proučavanjem ponašanja elektrona i ostalih elementarnih čestica ide do početka 20. stoljeća i slavnih znanstvenika Einsteina, Bohra, Heisenberga i Schroedingera.
A Feynman se također povezuje i s izjavom "Ako mislite da razumijete kvantnu mehaniku, onda je ne razumijete". No, stvoriti kvantno računalo nije (bilo) samo pitanje razumijevanja, fizičari, matematičari i kemičari dobro razumiju i prilično željno iščekuju takve strojeve. No qubiti na kojima rade kvanta računala puno su nestabilniji od bitova (0,1), osnovnih informacija na kojima rade klasična računala.
Da bi bili stabilni i kao takvi poslužili za kompleksne operacije qubite je potrebno ohladiti na ekstremne vrijednosti, hladnije nego je to u svemiru (dakle više od -270 stupnjeva Celzijusa, gotovo do apsolutne nule, koju je nemoguće ostvariti)! Tako su znanstvenici desetljećima čekali da tehnologija stasa da omogući izgradnju prototipa prvih kvantnih računala.
Speidell (IBM)
IBM je 2016. godine osmislio novi način simulacije molekula u kvantnom računalu. Riječ je o metodi za koju u IBM-u vjeruju da će jednog dana revolucionirati kemiju i znanost obrade materijala.
- Tada smo uspješno manipulirali sa šest qubita na, za tu svrhu dizajniranom sedam-qubitnom procesoru. Zadaća je bila simulirati strukturu molekule berilij hidrida – a to je, zasad, najveća molekula koja je simulirana na nekom kvantnom računalu. Rezultati, koji su objavljeni u časopisu Nature, pokazali su u kojem smjeru trebaju ići skora istraživanja kvantnih sustava, kako bi nas dovela do shvaćanja složenih kemijskih reakcija koje će rezultirati nizom praktičnih primjena. U listopadu 2018. smo simulirali superiornost kvantnih računala u odnosu na obična, klasična računala – simulirali smo 49 i 56 qubita. To zapravo znači da nije sve u broju qubita. Primjerice, kad kupujete novo prijenosno računalo, pazite li samo na brzinu procesora? Ne. Važna nam je i radna memorija, kakav je grafički procesor, brzina flash diska, i ostale stvari. Isto je i kod kvantnih računala. I tu nije riječ samo o broju qubita. Važna je i kvaliteta qubita, kako qubiti komuniciraju međusobno i na koji način se minimiziraju kvantne pogreške, kad se pojave. IBM to naziva kvantnim volumenom. Kvantni volumen obuhvaća broj i kvalitetu qubita, povezivost strujnih krugova i stope pogrešaka koje se događaju pri izvedbi operacija - pojašnjava nam Damir Zec, direktor kompanije IBM Hrvatska.
Upravo se IBM probija kao lider razvoja kvantnih računala, ali i edukacije o kvantnom računalstvu. Naime, IBM je od svibnja 2016. godine otvorio pristup svojim eksperimentalnim kvantnim računalima za stručnu javnost, sveučilišta, a odnedavno i za partnerske privatne kompanije. Do sada je preko 100.000 korisnika isprobalo tzv. IBM Q iskustvo i izvršeno je preko 6,6 milijuna eksperimenata.
Također, zahvaljujući tom otvorenom pristupu objavljeno je 140 znanstvenih radova od strane korisnika koji nisu dio IBM-a. U siječnju ove godine ta je kompanija otišla i korak dalje i preko clouda klasičnog računala i posebnog softvera Qiskit omogućila mreži partnera (IBM Q Network) izravni pristup svom novom računalu s kvantnim svojstvima IBM Q (koje operira na 20 qubita, a smješteno je u laboratoriju u New Yorku pod posebnim pothlađenim uvjetima i zaštićen borosilikatnim staklenim kavezom).
Čak i vi možete isprobati kako se ponašaju qubiti. IBM je kreirao aplikaciju za pametne telefone "Hello Quantum" - kroz igru možete prolaziti kroz razine povezivosti qubita i njihovog međusobnog utjecanja. Rješavanje će vas podsjetiti na testove inteligencije u kojima morate odgonetnuti sljedeći niz poteza. Isprobao sam ovu aplikaciju i jednostavna je na nižim razinama, ali kada se počnete igrati s većom količinom qubita tu stvari postanu puno kompleksnije i dođe vam kao da pogađate kako složiti Rubikovu kocku.
IBM trenutno radi na simulacijama kvantnih računala. Iz te kompanije ističu da su sada u drugoj fazi razvoja i nazivaju je pripremom za kvantno računalstvo (quantum ready). To podrazumijeva educiranje stručne zajednice i učenje kako programirati modele. Cilj je pak doći do faze kvantne iskoristivosti ili prednosti (quantum advantage) u kojoj bi se konačno moglo iskorištavati kvantno računalstvo za konkretne komercijalne i istraživačke zadatke. U IBM-u predviđaju da bi tu fazu mogli doseći u sljedećem desetljeću.
Što je zapravo i relativno brzo u pogledu razvijanja posve nove tehnologije. I umjetna inteligencija koja sada doživljava procvat u primjeni čekala je desetljeća na iskorake i prve konkretnije aplikacije.
U IBM-u i još nekim kompanijama poput Googlea ili Microsofta koji također ima hardver kvantnih računala u visokom razvoju, klade se da će upravo kvantna računala biti jedno od sljedećih iznimno značajnih tehnologija. Prve primjene mogle bi biti u izradi novih materijala, lijekova, kemiji, auto industriji, energetskoj industriji, financijskim modelima...
- Kvantna računala su iznimno snažni strojevi koji na nov način pristupaju obradi informacija. Osmišljeni su na načelima kvantne mehanike i temelje se na fascinantnim, skrivenim prirodnim zakonima. Iskorištavajući te skrivene, prirodne zakone, kvantna računala mogu izvoditi posve nove tipove algoritama i informacije obrađivati holistički. Jednog dana kvantna računala će dovesti do revolucionarnih otkrića u medicini i do dizajna sasvim novih materijala. Uz to, dovest će do otkrića novih, revolucionarnih metoda u optimizaciji složenih sustava, bolje sigurnosti u cloudu i napretka u umjetnoj inteligenciji. Očekujemo od kvantnih računala da nam otvore sva ona vrata za koja smo mislili da su nam zauvijek zatvorena - ističe Damir Zec.
A evo kako je direktor IBM-ovog odjela Istraživanja Dario Gil na konferenciji Think u San Franciscu pojasnio zašto je dodatno komplicirano stvarati kvantna računala, pogotovo s više qubita:
- Ako imate samo 2 qubita, trebate imate 512 klasičnih bitova prostora da ih opišete. Ako imate 3 qubita, trebate 1024 bitova u klasičnom računalu, ako ih imate 16 trebate 1 megabit, za 35 trebate 550 gigabajta, a za 100 čak više od svih atoma na Zemlji! Za 280 qubita trebalo bi vam više nego što ima atoma u cijelom poznatom svemiru.
Za Večernji list je Bob Sutor, potpredsjednik IBM Research odjela ovako to još pobliže pojasnio:
- Ako želimo stvarati nove materijale, recimo za 10-20 godina možda stvarati nove lijekove, želimo doći u fazi da ih možemo izračunati u kvantnom računalu prije nego ih krenemo proizvoditi. Uzmimo za primjer jednu molekulu koja nije velika - molekulu kofeina, nije ni blizu velika kao recimo molekula proteina ili penicilina. Ali, mnogima je najdraža molekula jer ih razbuđuje svako jutro. Ako želim točno predstaviti jednu molekulu kofeina, pogodite koliko trebam prostora na računalu da spremim njen model? Ne da je samo mogu rotirati i odgovoriti na pitanja o energiji koja je drži cijelom, nego da mogu i eksperimentirati kako se povezuje s vašim mozgom. To nije procjena, nego egzaktna informacija. Koliko mi treba prostora za to, 1 MB? 1 GB? 64 GB? E, pa treba smiješno puno memorije, brojka je 10 na 48.! To je 1 i 48 nula! A reći ću vam da je broj svih atoma na planetu 10 na 49. ili 10 na 50. Dakle, za jednu molekulu kofeina trebalo bi nam između 1 i 10 posto svih atoma na Zemlji da pospremimo tu informaciju na klasičnom računalu. Nikad nećemo imati toliko prostora na računalu. Pa kakvu nadu imamo za spremati još kompleksnije stvari! Kako ćemo kreirati bolje antibiotike. Klasična računala to neće moći riješiti. E, pa to bismo mogli spremiti u računalo snage 160 qubita - priča nam uzbuđeno Bob Sutor.
Ovaj matematičar otkrio je novu strast u razvoju kvantnih računala. Na razgovor s nekolicinom novinara donio je i primjer čipa, odnosno uređaja s 4 qubita - maleni kvadratni komadić metala koji se inače nalazi pri dnu kvantnog računala. Cijeli ostatak velikog cilindra koje su zbog izgleda prozvali "luster" je zapravo aparatura koja služi kako bi ohladila čip na potrebnu temperaturu.
Sutor priznaje da danas nijedan pokušaj kvantnog računala ne radi nešto što klasična računala također ne bi mogla. Također, ne vjeruje da će kvantna računala umiroviti klasična, nego predviđa da će budućnost biti hibridna i da ćemo koristiti i jedna i druga računala:
- Nećete imati kvantni mobitel. Ali, možda i hoćete jednog dana, za 200 godina...
Jedan od najboljih clanaka u zadnjih mjeseci.. bravo.