Experiență: ce e un computer cuantic, așa cum m-a învățat internetul în patru ore

Se poate spune că, în anumite domenii, internetul te învață enorm. Sunt, probabil, kilometri de texte, la propriu, despre diverse subiecte. Eu m-am axat pe unul singur: computerul cuantic, adică revoluția de mâine.

La începutul anului, IBM a prezentat ceva la granița dintre frumos și computer cuantic. N-am știut asta până când nu m-am apucat să înțeleg ce-i calculatorul acesta nou de care lumea mai vorbește din când în când. Am găsit în articolul publicat de PLAYTECH următoarele cifre: sistemul are 20 de qubiți – Google are unul cu 72 de qubiți, dar, conform lui Bob Sutor, calitatea primează, nu cantitatea.

Știi expresiile alea folosite de americani ca să arate că ceva nu e complicat, „it’s not rocket science” sau „it‘s not quantum physics”? Ei bine, asta chiar e mecanică cuantică. Mai mult de atât, e vorba despre computere cuantice.

Pe internet poți găsi orice. Oamenii folosesc internetul pentru tot, de la shopping online, gaming, socializarea cu prietenii sau vizionarea serialelor preferate. Dar internetul poate fi folosit mai puțin ca resursă de relaxare și mai mult ca un instrument de obținere a informațiilor. Astfel, de pe net poți învăța orice, de la o limbă străină sau cum să îngrijești o plantă până la skill-uri pe care le poți transforma într-o carieră, cum ar fi programare, dezvoltare de aplicații sau editare foto-video.

Eu am încercat să înțeleg cum funcționează un computer cuantic (despre care nu știam nimic înainte) din articole de pe internet și videoclipuri de pe YouTube.

Nu putea exista un computer cuantic fără un computer clasic

Pentru a înțelege cum funcționează computerele cuantice, le-am cercetat întâi pe cele clasice. Cea mai fiabilă metodă de prelucrare și stocare a datelor se bazează pe sistemul binar. Informația stocată pe acestea se măsoară în biți, care pot avea fie valoarea 0, fie 1.

Un calculator obișnuit stochează și procesează informația cu ajutorul tranzistorilor, versiunea microscopică a întrerupătoarelor pe care le folosești să aprinzi și să stingi lumina în cameră. Așadar, când tranzistorul permite trecerea curentului electric (întrerupător închis) înseamnă că avem semnal de tip 0, iar, dacă tranzistorul nu permite trecerea curentului electric (întrerupător deschis), avem semnal de tip 1.

Orice sarcină i-ai da computerului, procesul este același: un algoritm manipulează o serie de biți, unde fiecare bit este fie 0, fie 1 (input), din care rezultatul este un nou șir de biți (output).

Superpoziție și entanglement – și de aici lucrurile au devenit bizare

Lucrurile stau altfel când vine vorba computerele cuantice, unde trebuie să înțelegi două concepte principale.

În loc de biți, ele folosesc biți cuantici, sau qubiți, care pot avea fie valoarea 0, fie 1, dar și ambele în același timp, adică o superpoziție. Cât este neobservat, qubitul poate fi într-o superpoziție de probabilități de 0 și 1 și nu se poate prezice care dintre ele va fi (partea „cuantică” a unui computer cuantic). Doar în momentul în care acesta este măsurat, qubitul capătă una dintre valori.

Uite ce înseamnă pe-o monedă. În cazul unui computer obișnuit, un bit este fie cu fața în sus, fie în jos. Deci ori cap, ori pajură. Dar, dacă o monedă este aruncată în aer, în timp ce se învârte, nu se poate determina exact pe ce parte se află, deci răspunsul ar putea fi ambele. La fel și în cazul computerelor cuantice.

În locul unui bit convențional care e fie 0, fie 1, avem un bit cuantic, care reprezintă simultan și 0 și 1, până când qubitul se oprește din rotit și devine static. Atunci i se poate atribui o valoare.

Un alt fenomen care trebuie înțeles este cel de entanglement.

Fenomenul se întâmplă când doi qubiți în superpoziție sunt corelați unul cu altul și funcționează ca un sistem, ceea ce îl face pe unul să reacționeze instantaneu la schimbări produse în starea celuilalt. Când un qubit supus acestui fenomen este măsurat, poți deduce proprietățile partenerului său fără să te uiți. Așadar, starea unuia, fie ea 0, 1 sau ambele, depinde de starea celuilalt.

Superpoziția și fenomenul de entanglement folosite împreună permit schimbarea modului în care un algoritm rulează.

De exemplu, dacă vrei să așezi 10 oameni la o masă, sunt 3,6 milioane de posibilități prin care să faci acest lucru. În mod clasic, ar trebui să iei în considerare fiecare posibilitate în parte și apoi să le compari pe toate. În cazul computerelor cuantice însă, toate modalitățile posibile sunt calculate în același timp. Astfel, în timp ce un calculator clasic rezolvă, de exemplu, un labirint prin testarea fiecărui traseu probabil pe rând, un calculator cuantic folosește qubiții supuși fenomenului de entanglement pentru a găsi ruta corectă mai rapid, prin mult mai puține calcule.

Dacă tot sunt produse computere cuantice, la ce sunt bune?

Tehnologiile care rulează în prezent pe computerele clasica pot găsi pattern-uri și insight-uri îngropate în vasta cantitate de date existentă. Dar computerele cuantice vor putea livra soluții unde pattern-urile nu pot fi văzute, deoarece nu există suficiente date sau posibilitățile pentru aflarea unui răspuns optim sunt prea mari pentru a putea fi procesate de un computer obișnut.

Potrivit specialiștilor din domeniu, computerele vor putea ajunge să consume mai multă energie decât pot genera până în 2040. Aici intră în scenă computerele cuantice. Ele sunt capabile să rezolve probleme complexe, pe care un computer clasic nu le poate rezolva, și într-o manieră mult mai rapidă.

Noile tehnologii pot ajuta, de exemplu, la descoperirea de noi tratamente medicale prin descâlcirea complexității interacțiunilor moleculare și chimice, pot simula natura pentru a o înțelege mai bine sau chiar ajuta industria serviciilor financiare să facă investiții mai bune. Până atunci, pe un computer clasic, eu am încercat să înțeleg cât de cât ce ne rezervă viitorul.