Chcąc zrozumieć oraz rozwijać technologię kwantowego przetwarzania danych, Google powołał do życia ponad dwa lata temu (dokładnie w maju w 2013 roku) Quantum Artificial Intelligence Lab. Laboratorium rozwiązało do dzisiaj szereg problemów nurtujących zwolenników tej technologii (dotyczy to szczególnie kwestii tzw. kwantowego wyżarzania; po angielsku quantum annealing) i zaprezentowało kwantowy komputer D-Wave 2X, który jest obecnie poddawany we współpracy z agencją NASA intensywnemu testowaniu.

Na początek warto przypomnieć, że kwantowy nośnik informacji – tzw. kubit – zachowuje się zupełnie inaczej niż klasyczny nośnik jakim jest bit, który może przybierać tylko dwa stany – może być wyłącznie jedynką lub zerem. W przypadku kubitu wcale tak nie jest – i chociaż brzmi to być może niedorzecznie i dla wielu jest niezrozumiałe – kubit może być jednocześnie zerem i jedynką. Jest to możliwe dlatego, gdyż w fizyce kwantowej obowiązują inne prawa niż w klasycznej fizyce. Właśnie dlatego mając trzy bity możemy uzyskiwać za każdym razem jedną z ośmiu wartości (dwa do potęgi trzeciej), a trzy kubity mogą reprezentować w tym samym czasie wszystkie te wartości. Trudne do zrozumienia, ale fizycy kwantowi zapewniają, iż jest to możliwe.

Zobacz również:

• Użytkownicy Androida mogą się wkrótce zdziwić

Wyjaśnijmy czym jest kwantowe wyżarzanie. Technologia ta polega w największym uproszczeniu na tym, że kubity wyszukują w zastanym układzie stan kwantowy o najniższej możliwej energii, co przekłada się bezpośrednio na wydajność komputera kwantowego. Naukowcy z Google opracowali więc kwantowy wyżarzacz i udowodnili, że przy rozwiązywaniu problemów optymalizacyjnych z blisko setką binarnych zmiennych, kwantowy komputer oparty na ich rozwiązaniu pracuje nieporównanie wydajniej od klasycznej technologii stosowanej do tej pory w tym obszarze, bazującej na rozwiązaniu znanym pod nazwą symulowanego wyżarzania.

Dość powiedzieć, że komputer D-Wave 2X (pisaliśmy o nim wcześniej tutaj) wykorzystujący technologię kwantowego wyżarzania, przetwarza dane 100 mln razy szybciej niż klasyczny superkomputer zawierający krzemowe układy scalone.

Naukowcy badali też, jak komputer D-Wave 2X radzi sobie z algorytmem Quantum Monte Carlo. To algorytm symulujący pracę kwantowego systemu obliczeniowego, implementowany w aplikacjach uruchamianych na standardowych komputerach. W tym przypadku również okazało się, że komputer kwantowy pracuje dziesiątki miliony razy szybciej od standardowego komputera.

Chociaż wyniki badań kwantowego laboratorium firmy Google są obiecujące, to trzeba jasno powiedzieć, że droga do opracowania komercyjnego komputera kwantowego, który mógłby z powodzeniem konkurować ze standardowym komputerem – biorąc również pod uwagę jego cenę – jest jeszcze bardzo daleka. Do rozwiązania pozostaje tu jeszcze wiele problemów, takich jak chociażby zwiększenie precyzji pracy mechanizmów kontrolujących połączenia między kubitami czy też stopień ich wzajemnej koherencji.

Naukowcy muszą też opracować technologię, która umożliwiłaby kontrolowanie nie tylko interakcji zachodzących między parą kubitów, ale między większą ich liczbą tworzącą określony układ energetyczny. Kluczowym problem jest tu dokładne rozpoznanie takich zjawisk zachodzących w kwantowych komputerach, jak kwantowe splątanie czy tunelowanie. Szczególnie ważny jest tu mechanizm kwantowego tunelowania, dzięki któremu - w połączeniu z technologią kwantowego wyżarzania – poszczególne kubity wiedzą jakie procesy zachodzą w pozostałych kubitach wchodzących w skład danego zbioru.