Komputery kwantowe już działają. Jednak ich powszechność mogą ograniczyć prawa fizyki, a konkretnie promieniowanie, które może im zaszkodzić

W kosmosie dzieje się wiele gwałtownych zjawisk, a ich echa trafiają na Ziemię w postaci promieniowania kosmicznego. Znakomitą większość zatrzymuje ziemskie pole magnetyczne, ale część dociera do powierzchni. Nas przenika zwykle bez szwanku, ale zagraża elektronice.

Gdy rozpędzona cząstka uderzy w układ scalony lub pamięć, może ją uszkodzić. To główny powód, dla którego magnetyczne nośniki pamięci są nietrwałe, ale nawet nośniki fizyczne, takie jak CD-ROM-y, z czasem stają się nieczytelne. Wystarczy, że kilka cząstek pozamienia zera na jedynki (lub odwrotnie) w kilku newralgicznych miejscach zapisu.

Badania prowadzone przez IBM jeszcze w latach 90. ubiegłego wieku wykazały, że komputery odczuwają przeciętnie jedno takie uderzenie na każde 265 MB pamięci na miesiąc. Tam, gdzie dane są wrażliwe, a ich utrata byłaby dokuczliwa, stosuje się więc pamięci z korekcją błędów (od angielskiego Error Correcting Code).

Teraz okazuje się, że kosmiczne promieniowanie może zaszkodzić komputerom kwantowym – twierdzą badacze z amerykańskiego Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), którzy wyniki swojego eksperymentu publikują w „Nature”.

Tradycyjne bramki logiczne mogą przyjmować tylko stan zero lub jeden, więc jednocześnie można dokonać tylko tylu obliczeń, ile mamy elementów obliczeniowych. W komputerach kwantowych jeden element może wykonać dwa obliczenia równocześnie. Oznacza to, że gdy zwiększamy liczbę kwantowych bramek logicznych (kubitów), moc obliczeniowa kwantowego komputera rośnie bardzo szybko (nie liniowo, lecz wykładniczo).

To właśnie dlatego komputery kwantowe pozwalałyby wykonać w jednej jednostce czasu miliardy operacji, co tradycyjnemu komputerowi zajęłoby miliardy jednostek czasu (lub wymagałoby miliardów procesorów). W opublikowanej w ubiegłym roku pracy Google twierdził, że komputer kwantowy w kilkaset sekund wykonał zadanie obliczeniowe, które tradycyjnemu komputerowi zajęłoby dziesięć tysięcy lat.

Ale tę własność kwantowe maszyny zawdzięczają stanowi superpozycji, który jest niezwykle podatny na zaburzenia. Kwantowe bramki logiczne trzeba izolować nawet od promieniowania cieplnego (co czyni się, bezustannie je schładzając). Teraz okazuje się, że trzeba będzie je izolować od promieniowania z kosmosu docierającego na powierzchnię Ziemi (a także znacznie słabszego promieniowania powstającego też w wyniku rozpadu promieniotwórczych izotopów naturalnie występujących w przyrodzie).

Na razie nie jest to problem, bo takie maszyny zbudowane są z niewielkiej liczby kilkudziesięciu kwantowych bramek. Jeśli jednak miałyby mieć ich więcej, ryzyko, że trafi w nie cząstka z kosmosu lub z radioaktywnego rozpadu na Ziemi, znacząco rośnie. A to oznacza, że będą musiały być obudowane osłonami z ołowiu lub (jak niektóre szczególnie czułe detektory w eksperymentach) trafić pod ziemię.

Nie jest to szczególnie praktyczne rozwiązanie, więc badacze chcą opracować takie rodzaje kubitów, które byłyby odporne na zaburzenia. Tu mogą jednak natrafić na opór materii spowodowany prawami fizyki. Sceptycy twierdzą, że szumu zaburzającego pracę kwantowych komputerów nie da się usunąć. Matematyk Gil Kalai przeprowadził wręcz dowód, że im więcej kubitów, tym szum będzie większy. Jeśli ma rację, kwantowe komputery nigdy nie znajdą szerokiego zastosowania.

Na razie, choć budowane są coraz silniejsze kwantowe maszyny, ich moc obliczeniowa nie przekracza 50-60 kubitów. Nie potrafią też obliczyć niczego, co byłoby poza zasięgiem klasycznego superkomputera.

Skip to content