Polak jednym z czołowych naukowców zajmujących się problematyką komputerów kwantowych

Reklama

Obrazek użytkownika koscielniakk
pon., 05/13/2019 - 15:12 -- koscielniakk

Komputery kwantowe to technologia, która budzi wielkie nadzieje i zainteresowanie. Dlaczego? Tego typu maszyny będą miały niesamowite moce obliczeniowe i mogą w rewolucyjny sposób zmienić niektóre sektory przemysłu i gospodarki. Wszystko dzięki mechanice kwantowej. Rozmawiamy z prof. Arturem Ekertem, polskim fizykiem pracującym na Oksfordzie, który jest jednym z czołowych naukowców zajmujących się problematyką komputerów kwantowych i kryptografii kwantowej.

Filip Kowalik, Forbes: Nazwisko Ekert w świecie nauki kojarzy się z komputerami kwantowymi. Jaki właściwie jest pana wkład w rozwój tej technologii? 

Prof. Artur Ekert: Moim opiekunem w Oksfordzie był człowiek, który wymyślił komputery kwantowe, niejaki David Deutsch. Zaczynałem od kryptografii kwantowej, która była tematem mojej pracy doktorskiej, ale później wspólnie pracowaliśmy nad różnymi zagadnieniami dotyczącymi bardziej optymalnych algorytmów kwantowych. Zastanawiając się m.in. w jaki sposób uchronić komputery kwantowe przed błędami (to jeden z ich największych mankamentów wywołanych przez szumy środowiska pracy komputera kwantowego - red.), zaczęliśmy wymyślać metody, które stały się zalążkiem kwantowej korekcji błędów. Mieliśmy różne pomysły na ten temat. Kilka rzeczy w tej dziedzinie więc zrobiłem. Także takie bardziej fundamentalne, jak dowód dotyczący uniwersalności logicznych bramek kwantowych z wyjątkiem bramek klasycznych, znanych z naszych komputerów (bramka logiczna przyjmująca wartości 0 i 1 to podstawowy element funkcjonalny każdego komputerów - red.).

A na jakim obecnie etapie rozwoju znajduje się technologia komputerów? D-Wave już sprzedaje swoje urządzenia, IBM własny komputer kwantowy chce używać do usług AI w chmurze. Czy to już jest taki moment, gdzie więcej do powiedzenia mają inżynierowie i informatycy, niż naukowcy? 

To jest chyba nieporozumienie i kilka rzeczy trzeba rozgraniczyć. Po pierwsze D-wave to jest robienie obliczeń kwantowych za pomocą innego mechanizmu niż bramki logiczne. I w obecnej wersji nie jest udowodnione, mając na uwadze szumy etc., że tego typu metoda daje jakiekolwiek korzyści.

Ale D-Wave sprzedaje te urządzenia do różnych poważnych firm, takich jak Google czy NASA i to za duże pieniądze - 15 mln dolarów za sztukę. 

Jest osoba, która przez pewien czas dzielnie tropiła ich pracę. Był to niejaki Mathias Troyer z ETH, teraz zatrudniony przy Microsoft, który pokazywał, że na każdy problem, który oni chcą rozwiązać, istnieje de facto klasyczny algorytm, tylko trzeba zrobić jego optymalizację i będzie równie dobry, a może nawet lepszy. Więc jeśli ktoś chce eksperymentować z maszyną D-Wave, to proszę bardzo i to jest bardzo ciekawe. Bardzo interesująca jest tu fizyka procesu obliczeniowego, a każda kolejna generacja ich maszyn jest jeszcze lepsza i niewykluczone, że coś z tego w przyszłości wyjdzie. Wydaje mi się, że pięć najbliższych lat to czas badań czy maszyna D-Wave rzeczywiście daje jakąś korzyść.

A inne projekty komputerów kwantowych? 

Jak się popatrzy na to co robi Google czy IBM, to wydaje mi się, że to jest troszeczkę szum medialny. Duże firmy lubią wypuszczać takie ogłoszenia, że my mamy 50 kubitów (Qubit czyli kwantowy bit - jednostka mocy obliczeniowej komputerów kwantowych; red.), ale jak się podaje samą taką jedną liczbę, to nie jest to parametr, który dużo mówi…

Przynajmniej osobom, które się na tym znają… 

No tak, bo można mieć 50 kubitów, ale jeśli bramki logiczne są w nich zaszumione to one na razie nie przynoszą interesujących rezultatów. W tej chwili zakłada się, że przez najbliższych 5 do 10 lat będziemy w stanie operować mocą obliczeniową sięgając 100, a może nawet 500 kubitów. Jeśli jednak nie uporamy się z problemem zaszumienia, to pojawi się pytanie czy spodziewamy się znaleźć jakąś metodę obliczeniową, która przyniosłaby oczywiste korzyści. Jesteśmy w punkcie, w którym trzeba udowodnić, że za pomocą kwantowych komputerów da się zrobić coś, co jest trudne do zrobienia za pomocą klasycznych urządzeń.

Czyli nie chodzi o ilość, ale o jakość kubitów? 

Dziś jakość jest taka, że bardzo optymistycznie zakładając prawdopodobieństwo błędu przy 2-kubitowej bramce logicznej, pomiędzy 1:100 a 1:1000, co oznacza, że można zrobić 1000 operacji zanim nastąpi błąd, a na razie nikt nie był w stanie zrobić dobrej implementacji poprawy tych błędów. W najbliższym okresie będziemy więc operowali na urządzeniach, które są zaszumione, nie mają więcej niż 500 kubitów i potrwa to parę lat. Niemniej, jeśli w tym czasie poprawimy technologię i jakość, to wszystko może niebywale wystrzelić do przodu.

Ale czy to nie jest jednak bardziej zagadnienie dla inżynierów niż fizyków teoretyków? 

Trochę tak, a trochę nie, dlatego że jednak nie ma aż tak dużo inżynierów, którzy znają mechanikę kwantową. To nie jest oczywiście tak, że trudno się jej nauczyć, ale wymaga to trochę czasu. Operowanie na zjawiskach kwantowych do tej pory było domeną fizyków. I nawet kwantowa inżynieria, bo nawet taki termin już ukuto, i tak była robiona przez fizyków.

Kwestia pozbycia się szumów to przede wszystkim szukanie jakiegoś lepszego środowiska operowania? 

Z jednej strony tak, ale z drugiej strony zamiast budować takie mocno izolowane urządzenia i fizycznie zmniejszać błędy, można je również eliminować odpowiednim kodowaniem. Czyli nawet jak jest jakiś szum, to po prostu odpowiednim algorytmem będzie się w stanie wydobyć prawidłowy wynik. Rozwijać trzeba więc i jedną, i drugą metodę.

Na ile jest jeszcze przestrzeni na nowe paradygmaty związane z działaniem komputerów kwantowych? 

Wydaje mi się, że jak się popatrzy na każde zagadnienie, to jest szalenie dużo rzeczy do zrobienia, np. kody, które bardziej bazują na topologiach. W ogóle dużo różnych fajnych matematycznych pomysłów może się przydać w rozwoju kwantowych komputerów. Dziś bryluje w tym m.in. Microsoft, który zatrudnił bardzo dużo matematyków, bo oni się interesowali opracowywaniem takich bardziej niekonwencjonaych metod stabilizacji wyników.

A czy jak już będziemy mieli takie sprawne komputery kwantowe, o niezwykłej mocy obliczeniowej, nie pojawi się mnóstwo nowych problemów funkcjonalnych? Chociażby to, jak podawać tak dużą ilość danych obliczeniowych, aby układ kwantowy mógł się wykazać niezwykłymi umiejętnościami ich przetwarzania. Przecież efektywne zasilanie danych to wyzwanie, które znamy także z komputerów klasycznych. 

Rzeczywiście to jest jedno z wyzwań. Praktyczne zastosowanie kwantowych komputerów do sztucznej inteligencji czy też machine learning pokazywało, że istnieje poważny problem z wprowadzeniem danych wejściowych. Przygotowanie dużej ilości danych przetworzonych na wersję kwantową jest trudne i spowalnia cały proces. Czyli całe zyski, które przychodziły z tego procesowania na kwantowym komputerze, traciło się ze względu na to, że na włożenie tych danych potrzebne były całe wieki.

Zasadnicze pytanie brzmi więc, czy komputery kwantowe spełnią ogromne nadzieje jakie w nich pokładamy? 

Można postawić taką hipotezę, że prawie na pewno technologia kwantowa zmieni wiele rzeczy, tylko pytanie brzmi: kiedy? Jak się popatrzy na to, co ludzie robili, czy w technologii komputerów, czy w innych obszarach, to była to umiejętność kontrolowania natury z większą i większą precyzją. A teraz weszliśmy w kontrolę indywidualnych nie tylko molekuł, ale i atomów. Mamy bardzo precyzyjne metody kontrolowania i ta technologia musi iść w tym kierunku. Jeśli chce się przetwarzać większość danych, jeśli chce się zakodować więcej, to trzeba zagłębiać się w ten mikroświat. A jak się zejdzie do pewnego poziomu, to efekty kwantowe zaczynają działać i tego się nie uniknie. Nie ma się czego bać, a sporo jest jeszcze do odkrycia. Jestem więc przekonany, że technologia kwantowa docelowo zmieni świat, ale nie sądzę, żeby to nastąpiło w ciągu najbliższych 5-10 lat.

Czyli rozumiem, że na dziś trudno powiedzieć, kiedy będzie można odtrąbić sukces? 

Ja nawet nie wiem, czy to będzie taki jeden moment. Nawet w tej chwili ludzie sobie myślą: zbuduj komputer kwantowy, ale co dalej? Co będzie taką aplikacją, która wiele zmieni? Symulacje zjawisk, jakieś materiały etc., a może kwestia bezpieczeństwie danych i kryptografii, od której wyszedłem?

Profesor Artur Ekert był jednym z uczestników debaty „On maths & AI, automatization, machine learning, cybersecurity”, zorganizowanej przez Instytut Matematyki PAN, której magazyn „Forbes” był patronem.

Rozmowę z profesorem na temat tego co matematyka mówi o biznesie i rzeczywistości przeczytasz w najnowszym numerze magazynu „Forbes”, dostępnym w salonach prasowych i na literia.pl.

Autor: 
Filip Kowalik
Źródło: 

Onet

Dodaj komentarz

CAPTCHA
Przepisz kod z obrazka.
2 + 8 =
Rozwiąż proszę powyższe zadanie matematyczne i wprowadź wynik.

Reklama