Da li ćemo i kada moći da sednemo za kvantni računar?

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. 

Data Science Srbija zajedno sa nekoliko Univerzitetskih profesora i profesionalaca iz industrije pokrenula je novu inicijativu Quantum Serbia, u okviru koje će se promovisati kvantne tehnologije i njihova primena. Prvi događaj koji planiramo zakazan je za 26. novembar 2020. kada će uvodno online predavanje održati prof. Terrill Frantz sa Univerziteta Harrisburg, Pennsylvania.

Ukoliko želite da ispratite ovaj i sve buduće događaje i na taj način počnete sa pripremom za promene koje nas čekaju priključite se meetup grupi https://www.meetup.com/Quantum-Serbia/ 

Ilija Suša, Chief Data Officer u startup-u Smartocto i član UO Data Science Srbija.