Komputery kwantowe i dokonywane z ich pomocą obliczenia kwantowe (ang. quantum computing), to jedno z najbardziej przełomowych osiągnięć współczesnej technologii. Wykorzystując zjawiska kwantowe, dają nowe możliwości rozwiązywania skomplikowanych problemów, które przekraczają możliwości klasycznych komputerów. Od kryptografii po modelowanie cząstek – potencjał tej technologii jest ogromny, a jej rozwój może radykalnie zmienić krajobraz wielu, specjalistycznych branż. Czym są komputery kwantowe i jak wpłyną na coraz bardziej konkurencyjną branżę IT?
Jak działają komputery kwantowe?
Zrozumienie specyfiki działania komputerów kwantowych nie należy do najłatwiejszych zadań i wymaga znajomości innych, elementarnych teorii matematycznych i przetwarzania informacji. W komputerach klasycznych, obecnych w większości domów, podstawową jednostką informacji jest bit, który może przyjąć wartość 0 lub 1. Komputery kwantowe wykorzystują kubity, które oprócz stanów 0, 1, można przygotować też w pewnej „mieszance” stanów, nazywanych superpozycją. Kubity różnią się od bitów także tym, że wykorzystują dodatkowe zjawiska nazywane splątaniem, czyli powiązaniem stanu jednego kubitu z drugim, oraz interferencji, czyli wzajemnego wpływu i modyfikacją kubitów.
· To wszystko sprawia, że w niektórych sytuacjach, kiedy tradycyjne komputery potrzebują bardzo dużo czasu na dokonanie obliczeń, komputery kwantowe mogą rozwiązać dany problem bardzo szybko. Nie oznacza to jednak, że komputery kwantowe zastąpią te tradycyjne i będziemy je mogli nosić w kieszeni, tak jak teraz smartfony. Zastosowania obliczeń kwantowych są bardzo specyficzne i sprawdzą się np. w symulacjach chemicznych na potrzeby odkrywania nowych leków, czy w optymalizacji strategii inwestycyjnych, a niekoniecznie do przeglądania Internetu czy renderowania gier – komentuje Marek Kowalik, Senior Quantum Developer z Capgemini Quantum Lab, centrum innowacji działającego w ramach Capgemini.
Dlaczego obliczenia kwantowe to przyszłość informatyki?
Obecnie pewne problemy obliczeniowe są rozwiązywane jedynie z grubsza, albo w ogóle nie są, z uwagi na zbyt małą moc obliczeniową dostępnych komputerów. Przykładem może być przewidywanie pogody przez rozbudowany model cyfrowej repliki atmosfery i powierzchni Ziemi, której poziom skomplikowania uniemożliwia wystarczająco dokładne zmapowanie w klasycznych centrach obliczeniowych i wysymulowanie trafnej prognozy na dłuższy okres. To jeden z obszarów, gdzie komputery kwantowe mogą realnie przyczynić się do przełomu.
· Duże nadzieje w obliczeniach kwantowych pokłada branża farmacji. Jest to także jeden z kierunków rozwoju, który może pozytywnie wpłynąć na nas wszystkich. Proces projektowania nowych leków wymaga przeprowadzenia licznych testów i analiz chemicznych. Obliczenia kwantowe umożliwiają efektywną symulację na komputerach kwantowych, nawet skomplikowanych cząstek. Generalnie, wartość biznesowa obliczeń kwantowych pojawia się tam, gdzie wymagane jest znalezienie specjalnego rozwiązania jakiegoś problemu na dużą skalę, które wymagałoby dużych zasobów obliczeniowych, a dostępny jest kwantowy algorytm o lepszej złożoności obliczeniowej niż klasyczne metody – tłumaczy Marek Kowalik.
Kompetencje przyszłości
Obliczenia kwantowe to technologia, która jest we wczesnej fazie rozwoju i niewielu specjalistów i specjalistek IT posiada kompetencje w tym obszarze. Jest to więc szansa dla tych, którzy chcieliby się wyróżnić na rynku pracy oraz mają ambicję, aby być częścią kolejnej technologicznej rewolucji. Jednak obecnie tylko kilka uczelni w Polsce oferuje studia z informatyki kwantowej. Warto więc na własną rękę zainteresować się ogólnodostępnymi narzędziami – zarówno materiałami edukacyjnymi (od teorii przetwarzania informacji kwantowej aż po samouczki implementujące proste kwantowe rutyny) jak i oprogramowaniami oferującymi możliwość symulowania środowisk kwantowych na tradycyjnym komputerze.
· Obliczenia kwantowe to fascynująca dziedzina, jednak bardzo wymagająca z uwagi na poziom skomplikowania. Praca z komputerami kwantowymi wymaga unikalnego połączenia wiedzy teoretycznej i praktycznej. Teoria to przede wszystkim algebra liniowa, liczby zespolone, statystyka oraz mechanika kwantowa. Praktyka to doświadczenie w tradycyjnych językach programowania, zaznajomienie się z kwantowymi zestawami narzędzi dla programistów (np. Qiskit) oraz dodatkowa specjalizacja, np. w finansach albo symulacjach chemicznych. Bardzo istotne są także umiejętności dobrego researchu treści naukowych oraz ich adaptacji do zastosowań biznesowych. Dziś właśnie na tym polega główna część pracy z komputerami kwantowymi – na śledzeniu rozwoju technologii i testowaniu jej najnowszych osiągnięć – opisuje Marek Kowalik.
Specjaliści na wagę złota
Komputery kwantowe redefiniują współczesną informatykę. Choć ich zastosowanie jest ograniczone do specyficznych problemów, potencjał tej technologii sprawia, że warto rozważyć rozwój kariery w tym kierunku. Osoby specjalizujące się w takim obszarze będą niezwykle pożądane na rynku pracy, zwłaszcza w branżach takich jak farmacja czy finanse. To sprawia, że inwestycja w kompetencje z obszaru obliczeń kwantowych na pewno się zwróci.
Więcej na ten temat dowiesz się z podcastu TechChatter od Capgemini Polska.
