Tecnología Cuántica: Forofos y detractores, el camino se hace andando

Technologia kwantowa: Zwolennicy i przeciwnicy: drogę pokonuje się w miarę chodzenia

Technologie kwantowe znajdują się obecnie na bardzo wczesnym etapie rozwoju. Ostatnio dużo się o nich mówi. Wielu jest przekonanych o tym, że wywołają one wielką rewolucję. Inni podchodzą do sprawy bardzo sceptycznie i uważają, że obecne oczekiwania są znacznie zawyżone, jeśli chodzi o ich faktyczny potencjał.

W tak szybko zmieniającym się i ograniczonym kosztami świecie, jak świat technologii informatycznych i komunikacyjnych, istnieje wielu tzw. „early adopters”, którzy z entuzjazmem przyjęli tak unikalną i obiecującą technologię, jaką jest technologia kwantowa. Na dzień dzisiejszy dokonuje się znaczących inwestycji w tę technologię i oczekuje bardzo dużego zwrotu, lecz w bardzo długofalowej perspektywie.

10 lat: rozpoczyna się odliczanie wsteczne

Terminy, które są obecnie rozpatrywane, aby móc dysponować komputerem kwantowym o wystarczającej pojemności do rozwiązywania rzeczywistych problemów i który może stanowić realne zagrożenie dla naszego obecnego bezpieczeństwa, wynoszą co najmniej 10 lat, ale mogą okazać się znacznie dłuższe! Czy jest możliwe, że stoimy w obliczu wiecznej obietnicy, w pogoni za przyszłością, która tak naprawdę nigdy nie nadejdzie? Ponad 10 lat to bardzo długi okres! Niektórzy przejdą już na emeryturę. Dążenie do realizacji wiecznej obietnicy jest bardzo męczące i wypalające, zaś brak widocznych, wyraźnych owoców prowadzonych działań wycieńcza psychicznie. Potrzebujemy bardziej krótkoterminowych rezultatów. W przeciwnym razie wielu z tych, którzy dziś podejmują działania z ogromnym entuzjazmem, oczarowani obietnicą komputera kwantowego, pewnego dnia zmęczy się i zrezygnuje w trakcie całego procesu.

Rozumowanie w odmienny sposób robi różnicę

Są tacy, którzy narzekają na fakt, iż nie pojawiają się już więcej żadne przełomowe algorytmy kwantowe. Istnieją algorytmy Shora i Grovera oraz ich rozmaite warianty. Faktycznie, te algorytmy kwantowe wydają się bardzo potężne, ale mają już kilka lat! Obecnie potrzebujemy nowych, rewolucyjnych algorytmów kwantowych. Faktem jest, że ​​sposób tworzenia algorytmów kwantowych znacznie różni się od  sposobu tworzenia algorytmów tradycyjnych. Korzystanie z informatyki kwantowej wymaga całkiem odmiennego sposobu rozumowania i wciąż pozostaje nam pod tym względem wiele do nauczenia.

Programowanie kwantowe wymaga wiedzy, która bardzo różni się od tej wykorzystywanej w programowaniu klasycznym. Jest co całkiem inne podejście, do którego nie jesteśmy jeszcze przyzwyczajeni. Ten typ programowania znajduje się obecnie na bardzo niskim poziomie. Dla porównania, to tak, jakbyśmy programowali w języku maszynowym. Przed nami jeszcze długa droga do pokonania, ale niewykluczone jest, że w przyszłości pojawią się języki wysokiego poziomu - „High Order programming” - dla komputerów kwantowych, a także biblioteki przystosowane do rozmaitych specyficznych zastosowań. Czy nauka programowania obecnych komputerów kwantowych ma sens, czy lepiej jest trochę poczekać? Nauka informatyki kwantowej nie jest zwyczajną nauką kolejnego języka programowania - jest to bowiem nauka całkiem odmiennego sposobu myślenia. Stanowi ono zawsze potężną dawkę wiedzy i jest niezmiernie wzbogacające - zarówno z udziałem komputerów kwantowych, jak i bez nich!

Czasami my, ludzie, wykazujemy tendencję do bycia „plemiennymi”, a zatem trywialnymi. Uwielbiamy „starcia gangów”: mój kraj jest lepszy od twojego, moja drużyna piłkarska jest najwspanialsza, moja kariera to ta, którą studiują tylko najmądrzejsi, język programowania, który opanowałem, jest bez wątpienia najlepszy… W tym kontekście, a także ze strachu przed zmianami, nie dziwi fakt, iż istnieją osoby niezwykle przywiązane do tradycyjnych technologii informatyczno-komunikacyjnych i wyrażające podejrzliwość wobec technologii kwantowej.

Jaka czeka nas przyszłość w tym kontekście?

Osobiście myślę, że - używając słynnej hiszpańskiej metafory - „drogę pokonuje się w miarę chodzenia”.

Najbardziej zagorzali zwolennicy uważają, że technologie kwantowe odniosą wielki sukces. Niektórzy ryzykują nawet stwierdzenie, że informatyka kwantowa znacznie prześcignie informatykę tradycyjną, czyniąc ją przestarzałą. Jest to jednak bardzo mało prawdopodobne. Informatyka kwantowa nie rozwiązuje odpowiednio wielu problemów, które są trywialne dla klasycznego komputera. Najbardziej prawdopodobnym scenariuszem jest współistnienie obu tych światów.

Dysponujemy klasycznymi algorytmami, które bardzo skutecznie rozwiązują wiele tradycyjnych problemów. Dlaczego zatem mielibyśmy je zastępować? Jeśli coś dobrze działa, to nie należy tego zmieniać. Z jednej strony jest wysoce nieprawdopodobne, że cała tradycyjna informatyka ulegnie mocy informatyki kwantowej. Z drugiej strony, w niektórych konkretnych sektorach, informatyka kwantowa jest bardzo obiecująca. Mając na uwadze wszystkie te aspekty, niektórzy uważają, że w przyszłości będziemy dysponować koprocesorem kwantowym w naszych tradycyjnych komputerach. Jeśli się faktycznie któregoś dnia pojawią, te koprocesory kwantowe zapowiadają nie lada rewolucję.

W niektórych obszarach już teraz widzimy niezwykle zachęcające rezultaty. Czujniki kwantowe dają bardzo znaczące wyniki. Na przykład czujniki bezwładnościowe do łodzi podwodnych pozwalają obliczyć ich pozycję po długiej podróży pod wodą z niezrównaną precyzją. Technologia kwantowa stosowana w optyce również obiecuje zaskakujące rezultaty, z poziomem precyzyjności nie do pomyślenia do tej pory. Wydaje się dość jasne, że nie mamy tutaj do czynienia ze spekulacjami na przyszłość, jako że już teraz czujniki te stanowią bardzo bliską rzeczywistość.

Kryptografia post-kwantowa, oparta na informatyce tradycyjnej, jest już w toku i obecnie poszukuje się nowych standardów międzynarodowych, które będą w stanie sprostać wyzwaniom stawianym zarówno przez komputery kwantowe, jak i być może coraz doskonalsze i potężniejsze komputery klasyczne. Kryptografia post-kwantowa jest już praktycznie dostępna teraz, na długo przed tym, jak będziemy dysponować komputerami kwantowymi o wystarczająco dużej mocy.

Bardzo oczywisty jest fakt, iż istnieje już wiele firm, które intensywnie inwestują w technologie kwantowe, jak pokazało przedsiębiorstwo analityczno-badawcze Gartner, włączając je do swojego Hype Cycle w roku 2018 i przez kolejne lata. Ten wykres przedstawia stan rzeczy w ujęciu perspektywicznym: chociaż prawdopodobnie znajdujemy się obecnie w cyklu przesadnych oczekiwań, nie zakończy się on na zasadzie „wszystko albo nic”. Ostatecznie osiągniemy bowiem „płaskowyż produktywności”, gdzie uwidocznią się zastosowania, w których technologia kwantowa będzie odgrywać bardzo wyraźną, istotną rolę.

Hype Cycles, czyli Cykle dojrzewania Gartnera w obszarach rozwijających się technologii (2018, po lewej) i sztucznej inteligencji (2019, po prawej), z zaznaczoną kolorem informatyką kwantową.

Przez całe moje życie zawodowe widziałem, jak pojawiały się liczne nowe propozycje i technologie, a wiele z nich zostało przyjętych przez niektórych ze sceptycyzmem, niedowierzaniem, a nawet drwinami. W swoim czasie niektóre osoby nawet śmiały się z propozycji stworzenia komputerów przeznaczonych do użytku osobistego. Choć widziałem również przykłady niepowodzeń i wiecznych obietnic, wiele z propozycji nowych technologii nie tylko odniosło sukces, ale zrewolucjonizowało nasz sektor, doprowadzając go do obecnie znanego nam stanu.

Oczywistym jest fakt, że kto nie ryzykuje, ten nie wygrywa. Technologie kwantowe dysponują długą listą potencjalnych obszarów zastosowań: bankowość, farmaceutyka, medycyna, logistyka, telekomunikacja, obronność, cyberbezpieczeństwo, przemysł chemiczny, wykrywanie oszustw, uczenie maszynowe, marketing, generowanie liczb losowych... W tych obszarach technologie kwantowe mogą wprowadzić rewolucyjną zmianę, w wyniku której firmy, jakie nie podążyły za modą informatyki kwantowej, nie przetrwają, dając bardzo istotną przewagę firmom, które zdecydowały się na wdrożenie tej nowej technologii.

Czy powinniśmy inwestować w informatykę kwantową?

Jeśli szukasz krótkoterminowego zwrotu z inwestycji, odpowiedź prawdopodobnie brzmi: nie. Jeśli jednak zależy Ci nie tylko na przetrwaniu, ale i na osiągnięciu długofalowego sukcesu, możemy zaryzykować stwierdzenie, iż istnieje tylko jedna możliwa odpowiedź: zdecydowanie tak. Jak mawiał słynny hiszpański poeta, „drogę pokonuje się w miarę chodzenia”. Ta droga już się rozpoczęła i im później na nią wkroczysz, tym dalej w tyle pozostaniesz.

Autor: Pedro López Peña