Wykorzystanie obliczeń kwantowych to skok technologiczny, który mógłby przynieść komputery zdolne do działania bilion razy szybciej niż najszybsze dostępne obecnie tradycyjne procesory i rozwiązujące złożone kwestie, np. z obszaru kryptografii czy tworzące doskonalsze modele machine learning i deep learning. Wszystko wskazuje na to, że to właśnie potencjał zjawisk z obszaru fizyki kwantowej w przetwarzaniu danych będzie następnym przełomem w IT.
W 2021 roku firma MarketsandMarkets opublikowała raport, z którego wynikało, że do 2026 roku potencjał rynku quantum computing (QC) osiągnie 1,76 mld dolarów, przy złożonej rocznej stopie wzrostu (CAGR) na poziomie 30,2%. Z kolei już dwa lata później wielkość rynku osiągnąć ma 4,37 mld dolarów, z CAGR na poziomie 38,3 proc. od 2023 do 2028[i].
Wzrost napędzają czynniki takie jak zwiększenie liczby strategicznych partnerstw i współpraca na rzecz postępu w technologii obliczeń kwantowych oraz rosnące inwestycje w badania. Pomimo imponującej dynamiki technologia obliczeń kwantowych znajduje się wciąż w początkowej fazie, a jedną z głównych barier na drodze komercyjnego zastosowania tej technologii może być poziom jej skomplikowania i koszt budowy maszyn kwantowych.
Przypomnijmy, że w odróżnieniu do binarnego systemu zer i jedynek (bitów), stosowanego w klasycznym computingu, quantum computing wykorzystuje kubity, których stan w dowolnym momencie może być reprezentowany przez liczbę zespoloną zwaną amplitudą. Zgodnie z aktualną wiedzą ta właściwość może się przyczynić do tego, że komputery kwantowe będą lepiej rozwiązywać trudne problemy, ponieważ kubity mogą istnieć w większej liczbie stanów niż standardowe bity, stąd komputer kwantowy może obsłużyć znacznie więcej informacji na kubit niż klasyczny komputer na bit.
Quantum Computing as a Service?
Warunkiem skutecznego wykorzystania sprzętu kwantowego, oprócz wiedzy na temat pojęć i zasad mechaniki kwantowej w dziedzinie przetwarzania kwantowego, niezbędne będzie także zrozumienie aspektów inżynieryjnych związanych z kwantowym sprzętem, takich jak architektura kwantowa, systemy chłodzenia, kalibracja, stabilność i optymalizacja. Kluczowa będzie także znajomość i umiejętność programowania, która pozwoli na implementację algorytmów kwantowych, symulacje, optymalizację i analizę danych kwantowych.
„OVHcloud wspiera rozwój komputerów kwantowych, pozostając aktywnie zaangażowanym na rzecz otwartych ekosystemów, m.in. poprzez inicjatywę France Quantum, której jest współinicjatorem. Przetwarzanie kwantowe to dynamiczna dziedzina o wysokim stopniu specjalizacji. Oprócz szerokiego spektrum wymaganych kompetencji, zestaw niezbędnych umiejętności będzie ewoluował wraz z postępem badawczym. Wygrają firmy elastyczne i otwarte na naukę nowych umiejętności w miarę rozwoju tej dziedziny” – skomentował Robert Paszkiewicz, szef regionu CEE OVHcloud.
Z uwagi na złożoność obliczeń kwantowych część ekspertów uważa, że bariery w postaci wysokiego kosztu budowy, obsługi i utrzymania można obejść w pierwszym etapie, udostępniając kwantowe obliczenia jako usługę (QCaaS). Analogicznie do modelu chmurowego, maszynami kwantowymi dysponować mógłby szereg operatorów, wynajmujących taki zasób klientom w modelu abonamentowym. By zmniejszyć koszty operacyjne, przy udostępnieniu zalet technologii, w początkowej fazie komercjalizacji zakłada się łączenie maszyn kwantowych w hybrydowe układy z klasycznymi, binarnymi jednostkami obliczeniowymi. QC byłoby w tym przypadku odpowiedzialne za określone, najbardziej wymagające zadania.
„Wierzymy, że kwantowa rewolucja okaże się gigantycznym przełomem i stworzy olbrzymie możliwości, które upowszechni chmura, oferując kwantowy potencjał szerokiej gamie odbiorców jednocześnie. Dzięki takiej formie demokratyzacji dostępu do błyskawicznych obliczeń nie będzie to zasób wyłącznie dla wybrańców” – stwierdził Robert Paszkiewicz.
Możliwe zastosowania biznesowe QC
Prowadzenie symulacji i testowanie obliczeń kwantowych już dziś skraca czas od wprowadzenia faktycznego komputera kwantowego do pierwszych praktycznych zastosowań. Tych natomiast eksperci widzą przynajmniej kilka:
- symulacje – modelowanie procesów zachodzących w naturze. Bariera „obliczalności” nie do przeskoczenia przy pomocy klasycznych komputerów hamuje rozwój wielu ważnych dziedzin, takich jak energetyka czy chemia; od efektywniejszej produkcji nawozów począwszy, po opracowywanie cząsteczek nowych leków, co może zmienić wykorzystanie QC;
- równania liniowe – leżą u podstaw inżynierii, finansów, chemii, ekonomii i informatyki. Obliczenia kwantowe oferują potencjał do wykładniczej poprawy próbkowania rozwiązań takich równań, co może przyśpieszyć rozwój uczenia maszynowego i w efekcie szkolenie modeli komputerowych;
- optymalizacja – wiedza o tym, która decyzja w danym scenariuszu ma największy biznesowy potencjał jest bezcenna. Algorytmy optymalizacji mogą poprawić jakość rozwiązań i zwiększyć szybkość ich identyfikacji, co znajdzie także zastosowanie w logistyce, produkcji oraz finansach. Duże banki pokroju Goldman Sachs, JPMorgan Chase lub BBVA już inwestują w QC. Przykładowo, BBVA bada praktyczne zastosowanie systemu kwantowego w tworzeniu korekt wyceny kredytowej (CVA), wymaganych prawem w celu zminimalizowania systemowego ryzyka finansowego;
- efektywne wyszukiwanie – dzięki QC możliwe będzie zastosowanie w wyszukiwaniu algorytmów (algorytm Grovera), mających na celu znaczne usprawnienie sposobu, w jaki komputery znajdują informacje w dużych nieustrukturyzowanych bazach danych. Może to znaleźć zastosowanie, np. w technologiach diagnozujących anomalie. Analiza genomów wymaga dużej mocy obliczeniowej, algorytm Grovera mógłby znacznie przyspieszyć te wyszukiwania, w efekcie ratując wiele istnień;
- cyberbezpieczeństwo – eksperci uważają, że zastosowanie obliczeń kwantowych wywróci do góry nogami dotychczasowe modele szyfrowania danych. QC umożliwi łamanie nawet najbardziej skomplikowanych haseł, opartych na dotychczasowych mechanizmach.
Już w kwietniu 2021 roku National Institute of Standards and Technology (NIST), organ rządu USA, którego zadaniem jest opracowywanie standardów cyberbezpieczeństwa, ostrzegł, że kiedy powstanie komputer zdolny do wykonania algorytmu Shora, wszystkie klucze, chronione przy użyciu obecnych algorytmów oraz wszystkie informacje chronione tymi kluczami – zostaną ujawnione. Wprowadzenie QC może w wielu branżach wywołać poruszenie na skalę tego, które miało miejsce w przypadku pluskwy milenijnej. Konieczne będzie więc przejście do epoki „postkwantowej”.
[i] Quantum Computing Market by Offering, Deployment, Application, Technology, End User and Region – Global Forecast to 2028, https://www.marketsandmarkets.com/PressReleases/quantum-computing.asp.
