Filmele de la Marvel ne prezintă de câțiva ani o premisă foarte interesantă în care noi am trăi de fapt pe una dintre ramurile unui multivers imens. Astfel realitatea noastră este doar așa, o chestie insignifiantă din marele copac al vieții. Dar dacă v-aș spune că teoria din filme nu este chiar atât de ancorată în science-fiction, și-n realitate există deja computere care creează o nouă ramură a realității noastră de fiecare dată când fac câte o măsurătoare?
Astăzi vreau să vă povestesc câteva lucruri despre computerele cuantice. Poate că ați mai auzit termenul ăsta, au apărut și pe la știri într-o vreme, iar acum că evoluția lor este în plin avânt m-am gândit că este timpul să testăm apele și să pășim, fie și mai timid, în lumea cuantică – vă anunț de pe-acum că anumite concepte despre care vom discuta sunt greu de înțeles, dar voi încerca să le explic în termeni cât mai digerabili.
Biți, qubiți și poziții ciudate
Pentru un computer normal cum e laptopul ăsta, ori telefonul din buzunar, informația este formată din biți. Când o reduci la un nivel foarte basic, totul este format din biți – 0 și 1, ON și OFF, ying și yang. Iar PC-urile moderne au evoluat atât de mult, încât aceste comenzi de DA sau NU pot forma chestii complexe precum jocurile video. Așa a fost de când a apărut ideea de computer și se foloseau cartele magentice, și-așa pare că va rămâne mult timp.
Dar cum omul este o creatură curioasă din sine, prin anii 80 niște oameni de știință au descoperit ceva ce ar putea reprezenta la fel de bine însuși viitorul întregii industrii tech: computerul cuantic. Iar acesta este fundamental diferit comparativ cu PC-urile noastre de gaming, întrucât la baza acestuia nu stau niște biți, ci niște qubiți. Țineți minte termenul ăsta pentru că stă la baza întregii noastre discuții.
Și tot aici pășim pe teritoriul SCI-FI, ori a chestiilor pe care mintea umană nu poate încă să le conceapă ca întreg. Ce face un qubit diferit de un bit este starea acestuia. Un qubit nu este unu sau zero: un qubit poate fi unu și zero în același timp. A explicat-o nea Schrodinger mai bine în paradoxul cu pisica. Iar când un qubit este și unu și zero putem spune despre el că se află în starea de superpoziție. Adicătelea, în termeni cuantici, există în două realități, în același timp – și la fel ca și Doctor Strange în Avengers: Endgame, un qubit poate procesa multiple soluții în același timp, cu fiecare soluție reprezentând o realitate însăși.
Din această superpoziție însă, noi putem vedea o singură stare: unu sau zero. Odată măsurat un qubit în superpoziție, acesta se stabilizează și oferă un rezultat. Bine, acum nu vă gândiți că un qubit din ăsta este mare fâs – magia apare abia când intervine fenomenul numit în engleză entanglement. Pe românește n-are o traducere “oficială” dar se referă la faptul că doi sau mai mulți qubiți pot comunica dacă sunt legați între ei. Și sunt legați bine, întrucât sunt împreună în aceeași stare. Iar când afli starea unuia, automat o vei ști și pe a celorlați, evident, cu toată informația pe care au procesat-o împreună până la măsurare. Asta înseamnă că un ansamblu de qubiți poate calcula foarte repede circa orice; de la formule matematice avansate la simulări medicale complexe, sau poate face bucăți orice sistem de criptare tradițional în câteva secunde.
Tot ce v-am povestit până acum este însă doar bucata de iceberg care se vede la suprafață. Dacă ne aventurăm în adâncurile acestui domeniu descoperim că în realitate nu este chiar atât de SF pe cât sună. Exista un mit care spunea că mințile noastre nu pot înțelege computerele cuantice deoarece sparg barierele fizicii și automat, ne depășesc. Dar și acesta a fost dărâmat, iar în zilele noastre fizicienii și oamenii de știință deja țin bine sub control aceste computere.
Viitorul este cuantic
Ce se întâmplă acum cu computerele cuantice este fix ce vedeam prin anii 40, pe când apărea conceptul de tranzistor și informația devenea digitală – iar acum am câteva zeci de miliarde de tranzistori doar pe Ryzen-ul din PC-ul de gaming, un procesor de vreo patru centimetri pătrați. Și pe măsură ce tehnologia actuală deja forțează la maxim limitele legii lui Moore cu tranzistori de numai doi nanometri mărime, este clar că ceva urmează să se schimbe. Și când va să vină, credeți-mă, schimbarea va fi una MARE.
Ok, nu mă înțelegeți greșit. NU cred că aceste mașinării cuantice vor înlocui PC-ul sau laptopul clasic – ba dimpotrivă, cred că ne vor ajuta să le înțelegem și mai bine și să ducem tehnologia actuală pe cu totul alte culmi. Computere cuantice sunt gândite ca și unelte, deci nu prea cred că le vom numi vreodată PC-uri, computere personale.
Dar haideți să trecem și la fapte, că de vorbe sunteți sătui, și să vedem cine are astfel de computere, și ce fac cu ele. Și când vine vorba de a deține o astfel de mașinărie, primii la care trebuie să ne uităm sunt giganții tech. IBM sunt liderii în acest domeniu, la fel cum au fost o bună bucată de timp și pe zona de PC-uri normale, și dețin nu un computer, ci o întreagă flotă de computere cuantice superconductoare care alimentează platforma IBM Quantum Experience. Aceasta este pusă la dispoziția cercetătorilor, afacerilor și a publicului general, oferindu-ne o poartă spre tehnologia cuantică.
Nici cei de la Google nu sunt mai prejos, aceștia operând propria flotă de computere cuantice superconductoare, niște sisteme mai avansate de calcul, pe care le folosesc la dezvoltarea de sisteme și algoritmi cuantici avansați pentru AI și machine learning. Alphabet, compania mamă din spatele Google mizează foarte mult pe inteligența artificială, astfel are un avantaj mare sub forma acestor sisteme cuantice.
Există și companii specializate pe domeniul tehnologiei cuantice, precum Quantinuum, IonQ (nu glumesc) sau Rigetti Computing. Acestea dețin computere cuantice de toate felurile și le pun la dispoziția curioșilor prin intermediul platformei Azure Quantum. Iar aici apar în scenă cei de la Microsoft, pentru că n-aveau cum să lipsească. Doar că vin cu o abordare mai deschisă prin care colaborează cu alte companii mai mici cu scopul comun de a duce această industrie mai departe.
Aceste platforme sunt pâinea și sarea industriei, întrucât oameni de știință din toată lumea au acum acces la unelte foarte puternice. Computerele cuantice sunt folosite, spre exemplu, la descoperirea de noi materiale cu proprietăți aparte cu care să dezvoltăm tehnologii precum baterii mult mai eficiente; că tot e acum boom-ul ăsta al chestiilor electrice pe roți.
În medicină, puterea computerelor cuantice ajută la descoperirea de medicamente noi prin simularea de molecule complexe și reacții chimice. În mod normal, toate astea ar dura ani buni, poate decenii în laborator. Dar cu un astfel de computer care poate simula diferite scenarii în timp record, domeniul ar putea avansa foarte mult, într-un timp foarte scurt.
Domeniul securității cibernetice este și el vizat în mod special de computerele cuantice. Vă spuneam că acestea pot șterge pe jos cu metodele de protecție clasice în câteva secunde, dar la fel de bine pot dezvolta sisteme de protecție foarte greu de spart. În ziua de astăzi pare că nicio metodă de securitate nu mai este bulletproof, deci o astfel de soluție va fi primită cu brațele deschise. Sau dacă vreți un exemplu și mai serios, iar asta am luat-o de pe site-ul guvernului britanic: o strategie pe 10 ani prin care Regatul Unit să ajungă la o economie bazată pe domeniul cuantic.
Partea întunecată a multiversului
Din nefericire, atunci când discutăm despre computerele cuantice trebuie să luăm în considerare și dezavantajele. Le-avem odată pe alea evidente, adică limitările tehnologiei, costul imens de adopție și dificultatea de operare. Dar haideți să vorbim și despre chestiile mai puțin știute.
Prima, și poate cea mai complicată problemă de rezolvat pentru specialiștii în domeniul cuanticii va fi fragilitatea qubiților. Aceștia își dezvăluie starea odată ce sunt măsurați, dar orice alt factor extern îi poate destabiliza. Iar aici vorbim despre vibrații, schimbări de temperatură sau câmpuri electromagnetice. Dacă se întâmplă asta, qubitul intră într-o fază de decoerență în care pierde proprietățile cuantice și devine un simplu… bit?! Bine, asta e explicația pentru nubeți ca mine, întrucât procesul în sine este ceva mai complex.
De la fragilitatea asta pleacă și alte provocări precum nevoia unui mediu controlat atent pentru a preveni decoerența. Iar un astfel de mediu trebuie să fie adesea un laborator, într-o zonă ferită de cutremure, iar qubiții în sine trebuiesc stocați în niște frigidere de diluție care mențin temperatura la o fracțiune de grad peste zero absolut. În felul ăsta qubiții rămân în superpoziție și conectați între ei destul de mult timp cât să completeze toate sarcinile pe care le primesc. Și nici când reușesc să termine toată treaba nu ne putem baza 100% pe informație. Ba chiar avem o rată mare de eroare cauzată de instabilitatea qubiților.
Iar ultima problemă pe care trebuie să o rezolve oamenii de știință este legată de costuri. Iar aici nu vorbesc doar despre cele financiare – sistemul de criogenizare necesar unui computer cuantic consumă cantități enorme de energie electrică. La fel și toate echipamentele ajutătoare cu care este întreținut și monitorizat sistemul cuantic. Ar mai fi și discuția legată de materialele rare folosite în construcția unui astfel de computer, chestii gen helium-3 și safir, cât și cea despre substanțele toxice necesare fabricării de cipuri cuantice, care trebuiesc după utilizare să fie stocate undeva… și știm noi cum se descurcă de obicei oamenii când vine vorba de aruncatul deșeurilor radioactive în locuri sigure.
Mai avem de mâncat pân-acolo
Dar na, pădure fără uscături nu există, la fel cum nici tehnologii perfecte n-avem. Pe lângă toate dezavantajele sale, industria computerelor cuantice poate deschide noi posibilități pentru noi ca oameni, ca specie. Acum consumă muuuult de tot, dar comparativ cu un supercomputer care are nevoie de câteva ore sau zile ca să calculeze niște chestii, un computer cuantic poate rezolva problema într-o fracțiune din timp, astfel consumul va fi mai mic la final.
Plus că tot computerele cuantice sunt cele care ne ajută să descoperim materiale și aliaje din ce în ce mai eficiente, astfel vom putea crea panouri solare și baterii mai eficiente – ok, poate că nu scazi consumul, dar produci energia fără să acoperi planeta cu fum de cărbune ars. Și cine știe, poate că peste ani și ani, odată ce computerele cuantice vor fi mai la îndemână, vom putea crea și supereroii din Marvel la care visează orice puști.
