KVANTNI RACUNARI

 KVANTNI RACUNARI  SU NESTO NEVEROVATNO KAO STO JE I SAMA PO SEBI KVANTNA FIZIKA. NIJE DA JA TU BILO STA RAZUMEM, ALI SE NEIZMERNO DIVIM. ZATO CU DA PODELIM SA VAMA  SVOJE ODUSEVLJENJE.

Ideja o kvantnim računarima je stvorena još 80-ih godina XX veka i već tada su razne strukture bogatih zemalja uvidele potencijal i ulagale značajan novac u istraživanja, pa su tako na raznim svetskim univerzitetima i u kompanijama nastajali prototipovi, koji beleže veliki razvoj i napredak. Današnji kvantni kompjuteri su izuzetno osetljivi, sačinjeni od svega nekoliko kubita, ali ipak u eksperimentalnom smislu predstavljaju dokaz o praktičnoj mogućnosti izgradnje ovih inovativnih računara.

Većina današnjih kvantnih kompjutera se koristi na temperaturama bliskim apsolutnoj nuli, zbog specifičnih osobina superprovodljivosti, koje se javljaju na tim temperaturama. Veliki napredak se ostvaruje i u kontroli i povezivanju kubita, ali je i dalje problem kvantne dekoherencije sveprisutan. Naime, sposobnost superpozicije se gubi kod kompjutera većih dimenzija od nekoliko kubita kad na sisteme deluje i najmanja sila iz spoljašnje sredine, što znači da oni faktički postaju klasični računari. Do sada nije pronađeno rešenje za ovaj problem u dizajnu kvantnih računara, a mnogi stručnjaci iz ove oblasti, kao što je Ralf Lander (IBM) smatraju da se problem dekoherencije nikada neće u potpunosti rešiti. Moguće rešenje mogli bi biti kvantni kompjuteri bazirani u dijamantima, koji minimalizuju problem dekoherentnosti.

Verovatno i najveći proboj na ovom polju načinjen je 2011. godine kada je kanadska kompanija “D wave systems”Dž konstruisala do sada najveći računar ovog tipa sačinjen od 128 superprovodnih kubita, koji su prespojeni sa preko 24 000 Džozefsonovih spojeva, koji su izrađeni od superprovodnika, tako da čitav ovaj sistem radi u kriogenom okruženju (temperaturama blizu apsolutne nule) i ima dimenzije omanjeg automobila, što podseća na prve digitalne kompjutere u svojim začecima. Postoje kontroverze oko toga da li je ovo zaista kvantni računar ili ne, ali činjenica je da ga je američka svemirska kompanija Lokid Martin, uvidevši njegovu perspektivu, kupila za 10 miliona dolara. Šorov algoritam predstavlja kvantni algoritam koji je razvio američki matemaričar Piter Šor 1994. godine i koji je najbrži postojeći algoritam za faktorizaciju, odnosno razlaganje brojeva na sastavne, proste činioce. On je predstavljao pravu revoluciju u razvoju kvantnih algoritama i omogućio eksponencijalno brže izračunavnje ovog problema od tada najboljih klasičnih algoritama. raktično funkcionisanje ovog principa je demonstrirano 2001. godine u kompaniji IBM kada je broj petnaest u jednom od prvih kvantnih računara razložen na činioce 5 i 3 i na taj način prvi put u istoriji izvršena neka operacija na ovakvom tipu računara. Teorijski, ukoliko bi imali dovoljno veliki broj kubita, mogli bi da uz pomoć njih dekriptujemo savremene kriptografske, asimetrične algoritme, koji koriste upravo činjenicu da je množenje relativno jednostavna operacija, dok je traženje činilaca iz proizvoda, odnosno faktorizacija enormno složenija operacija. Na osnovu toga se uspostavlja veza između privatnih i javnih ključeva, za koju se danas smatra da ne može biti dešifrovana uz postojeći rast kompjuterskih tehnologija u narednih milijardu godina.

Prvi japanski kvantni računar za komercijalnu upotrebu počeo je da radi.

Sistem naredne generacije, koji je razvila američka tehnološka kompanija, a na koji ekskluzivna prava pristupa za korišćenje ima Univerzitet Tokija, postavljen je u poslovnom inkubacionom centru Kavasaki u prefekturi Kanagava, jugozapadno od Tokija, preneo je Kjodo.

Konzorcijum industrijsko-akademske zajednice, pokrenut 2020. godine, uključujući Tojotu motor korp, Soni grup korp. i Mitsubiši Kemikal holdings korp. kao članove, ima pristup računaru radi zajedničkog istraživanja.

On će istraživati praktičnu primenu kvantnog računarstva i negovati ljudske resurse.

IBM kvantum sistem van računarski sistem je drugi te vrste koji je IBM izgradio izvan SAD, posle jednog izgrađenog u Nemačkoj.

Nemačka kancelarka Angela Merkel predstavila je u junu prvi kvantni računar koji je u Nemačkoj instalirao američki računarski gigant IBM, dok je Evropa aktivna na unapređenju te obećavajuće tehnologije.Nemačka je među najboljima u istraživanju kvantne tehnologije i namerava da to i ostane“, rekla je kancelarka koja je tokom studija napisala tezu iz kvantne hemije.

Kompjuter „Q System One“ instaliran je u blizini Štutgarta u saradnji sa nemačkim stručnjacima i već radi od aprila.

To je prvi kvantni kompjuter grupe IBM van SAD.

"Oblasti u kojima se kvantni računari stavljaju u praktičnu upotrebu uveliko se šire. Želim da prenesem postignuća u svet", rekao je predsednik univerziteta Teruo Fudži na svečanosti održanoj u utorak povodom početka rada računara.Kvantni računari koriste kvante, kao što su čestice svetlosti, koje imaju karakteristike i talasa i čestica i mogu izračunati mnoštvo kombinacija odjednom, a ne jednu po jednu kao konvencionalni računari.

Kada su početkom 20-tog veka zavirili u svet elementarnih čestica, molekula i atoma, naučnici su shvatili da tamo vladaju neki drugačiji, kontra-intuitivni zakoni. Tako je nastala kvantna mehanika kao posebna oblast fizike koja opisuje ove zakone. 

Dva osnovna principa koja važe u kvantnoj mehanici su superpozicija i uvezanost čestica. Superpozicija se najčešće objašnjava Šredingerovim paradoksom tj. mačkom koja je istovremeno i živa i mrtva, dok je uvezanost čestica fenomen da dve ili više čestica uvek imaju ista svojstva bez obzira na udaljenost, što je dovelo do ideje da postoje paralelni univerzumi.

Kvantna teorija je toliko kompleksna da je najbolje opisuje izjava Ričarda Fajnaman: "Ako mislite da razumete kvantnu mehaniku, ne razumete kvantnu mehaniku".

Ova dva primera i pretpostavka da je tako nešto moguće vam verovatno zvuče kao naučna fantastika, ali zapravo je više nauka nego fantastika. Ukoliko i stvarno volite fantastiku (naučnu), a hoćete da naučite više i o ovoj oblasti preporučujem da pogledate seriju Devs, navodi Ilija Suša, Chief Data Officer u startup-u Smartocto i član UO Data Science Srbija.

Iako je decenijama kasnije većina Nobelovih nagrada iz Fizike dobijena za pronalaske u ovoj oblasti, čekalo se do 80-ih godina prošlog veka da se pronađe prava primena ovih zakona u svakodnevnom životu.Tada se javlja ideja da bi ovi zakoni mogli da se iskoriste za pravljenje računara baziranog na principima kvantne mehanike. Ponovo je trebalo da prođe skoro dve decenije da se dođe do tehnologija koje će omogućiti da se napravi prototip prvog kvantnog računara.

Kako rade kvantni računari?

Kvantni računari svoj princip rada baziraju na "qubitu" (kjubit) što je pandan jednom bitu kod klasičnih računara. Razlika između bita i qubita je u tome što bit može da ima samo dva stanja, 0 ili 1, dok jedna qubit možda da ima beskonačno mnogo stanja. Zbog ove osobine, sa povećanjem broja qubita brzina kvantnog računara raste eksponencijalno.

To konkretno znači da kvantni računar sa nekoliko desetina qubita može da uradi više operacija od najbržeg postojećeg klasičnog super-kompjutera.Tako dolazimo do pojma "Quantum supremacy" koji je definisan kao momenat ili dostizanje granice kada će jedan kvantni računar moći da reši problem koji najbrži klasični računar ne može da reši u nekom prihvatljivom vremenu za taj domen problema.

Možda ćemo jednog dana stvarno sesti za pravi kvantni računar i raditi na njemu, ali to se neće desiti uskoro. Za sada, zbog specifičnih uslova koje je potrebno obezbediti, ovakvi računari mogu da postoje samo u strogo kontrolisanim uslovima. Verovatniji model primene ovih računara u skorijoj budućnosti je da samo određene zadatke, kao što je kriptovanje šifre, prepustimo njima i da ih za te operacije pozivamo po potrebi kao servis.

Gde smo trenutno i šta kod nas možemo da uradimo da se što bolje pripremimo za kvantnu revoluciju?

Trenutno smo u procesu prelaska iz sfere teorije u sferu istraživanja i razvoja (R&D). Pitanje kako ovu oblast prebaciti iz akademije u industriju je glavno pitanje kojim se trenutno bave svi veliki univerziteti i tehnološke kompanije. 

Nekoliko velikih kompanija je napravilo kvantne računare sa ozbiljnim brojem qubita koji mogu da se koriste za rešavanje određenih problema i dostupni su svakome ko hoće da istražuje u ovoj oblasti. Imamo najavu da ćemo do 2023. imati 1000 qubitni računar, a za deset godina milion-qubitni, tako da i u ovoj oblasti počinje da važi neki novi Murov zakon.

Investiranje u ovu oblast se značajno povećava svake godine iako još uvek ima jako mali broj kompanija koje se komercijalno bave primenom kvantnih tehnologija, ali sve velike kompanije i fondovi žele da se što bolje pripreme i da postanu "Quantum ready".

Verovatno najznačajniji proces koji se trenutno dešava je edukacija i priprema mladih kadrova koji će u budućnosti predvoditi kvantnu revoluciju. To su pre svega hiljade studenata na različitim univerzitetima. Takođe, ima sve više primera da se edukacije i kursevi spuštaju i u srednje škole, pošto je procena da će tek te generacije moći da razumeju potencijal koji donose ove tehnologije. Ogroman novac se ulažu u edukaciju i mislim da je ovo jedna od konkretnih stvari sa kojom i mi u Srbiji treba da krenemo što pre.

Koje su oblasti primene kvantnih tehnologija?

Iako su nam na prvi pogled nama najbliža i najrazumljivija primena kvantne mehanike upravo kvantni računari i kvantno programiranje, postoji niz drugih oblasti gde će verovatno i mnogo brže moći da se primene zakoni kvantne mehanike. 

Neke od primena kvantnih tehnologija koje su lako razumljive su: 

• komunikacije - gotovo trenutan i siguran prenos informacija koji je nemoguće špijunirati;
• super precizni senzori u industriji;
• kamera koja može da snima iza ugla.

Što se tiče kvantnog programiranja ono će značajno unaprediti mnoge oblasti u narednih deset i više godina. 

Neke od najznačajnijih primena su: 

• proizvodnja lekova - višestruko brža proizvodnja novih antibiotika; 
• finansijski modeli za berze - mnogo brže i preciznije donošenje odluka; 
• veštačka inteligencija (mašinsko učenje) - eksponencijalno unapređenje brzine algoritama; 
• optimizacija saobraćaja - procesiranje velikog broja parametara sa automobila, gps sistema, mapa u realnom vremenu.

Da se vratimo na naslov teksta. Kvantna revolucija, koja je u toku, u nekom trenutku će prerasti u kvantnu ekonomiju. Do tada, desiće se dosta promena u našoj svakodnevnici izazvanih primenom ovih tehnologija.

Neki od poslova koje trenutno obavljamo će pretrpeti velike promene ili će postati suvišni jer će ulogu ljudi preuzeti super brzi algoritmi. Ipak, imamo još uvek dovoljno vremena da se pripremimo i naviknemo na sve te promene. 

I NARAVNO DA CEMO SE I TE KAKO IZNENADITI JER SE SADA PROMENE ZAPRAVO ODIGRAVAJU MUNJEVITO. MOZDA CE VREME KVANTNIH RACUNARA STICI MNOGO RANIJE NEGO STO MISLIMO.