Rozpoczął się wyścig o zbudowanie komputera kwantowego nowej generacji

Jego budowa staje się koniecznością, ponieważ zasoby litu, bez którego nie byłoby iPhone’a czy Tesli, powoli się kończą.
.get_the_title().

Do tej pory funkcjonowanie większości współczesnych urządzeń elektronicznych opierało się na akumulatorze litowo-jonowym. Został on skomercjalizowany na początku lat 90. i od razu przekształcił przemysł technologiczny dzięki możliwości przechowywania ogromnych ilości energii na stosunkowo niewielkiej przestrzeni. Bez niego twój laptop czy telefon byłby znacznie większy i cięższy. Niestety kończą się zasoby tego cennego materiału, co może utrudnić rozwój branży pojazdów elektrycznych czy rozwiązań w zakresie magazynowania energii, których będziemy potrzebować, aby przejść na odnawialne źródła energii.

Naukowcy poszukują już nowych technologii, dzięki którym będzie można zastąpić litowo-jonowe akumulatory czymś czystszym i tańszym.

Najlepszym rozwiązaniem mogą się okazać komputery kwantowe. Marissa Giustina z Google twierdzi, że w pewnym sensie można myśleć o nich jako o programowalnych cząsteczkach: ‘To układ wielu elementów, który zachowuje się zgodnie z zasadami mechaniki kwantowej, jak cząsteczka. Widzimy możliwości, które prowadzą w pewnym sensie do rzeczywistego programowania chemii’. Obecnie naukowcy mogą przeprowadzać coraz bardziej zaawansowane symulacje chemiczne przy użyciu klasycznych urządzeń, ale im bardziej skomplikowane stają się reakcje, tym trudniej jest je obsłużyć superkomputerom. Na przykład atom wodoru ma jeden dodatnio naładowany proton i jeden elektron – można go łatwo zasymulować przy pomocy komputera. Z kolei hel ma dwa protony, krążące wokół dwóch ujemnie naładowanych elektronów, dlatego symulacja jest trudniejsza, ponieważ elektrony są splątane, powiązane ze sobą i muszą być obliczane jednocześnie. Im więcej splątanych elektronów, tym bardziej wykracza to poza możliwości klasycznych komputerów i w pewnym momencie staje się po prostu niemożliwe. ‘Klasyczne komputery zdają się doświadczać gwałtownego spowolnienia podczas symulacji splątanych systemów kwantowych’ – pisze profesor neurologii Uniwersytetu Harvarda John Dowling. – ‘Jednak ten sam splątany układ kwantowy nie wykazuje wykładniczego spowolnienia podczas symulacji samego siebie. Splątany system kwantowy działa jak komputer, który jest potężniejszy niż jakikolwiek klasyczny komputer.’

IBM Quantum

Chociaż już od lat 30. XX wieku znamy wszystkie równania potrzebne do symulacji chemii, nigdy nie mieliśmy dostępnej mocy obliczeniowej, aby to zrobić.

Oznacza to, że mając do czynienia ze złożonymi symulacjami, niewykonalnymi dla klasycznych komputerów, jedynym rozwiązaniem jest eksperymentowanie z elektronami w prawdziwym świecie. Gdyby możliwa była ich symulacja na komputerze, naukowcy mogliby przeprowadzać mniej potencjalnie niebezpiecznych eksperymentów w rzeczywistym laboratorium. To tak jakby Airbus mógł testować samoloty, budując je w małej skali i rzucając w niebo.

Wyzwania chemiczne, które stoją przed komputerem kwantowym, obejmują m.in. wydobycie metali przez katalizę, a nawet wiązanie dwutlenku węgla, co można wykorzystywać do wychwytywania emisji i spowolnienia zmian klimatycznych. Sergio Boixo z Google ma nadzieję, że z czasem komputery kwantowe będą w stanie poradzić sobie z niektórymi globalnymi kryzysami, przed którymi stoi nasza planeta.

Pierre Metivier/ Flickr

Zmiana klimatu to problem energetyczny, a energia jest procesem fizycznym i chemicznym. Być może, jeśli zbudujemy narzędzia, które pozwolą na przeprowadzanie symulacji, będziemy mogli skonstruować nową rewolucję przemysłową, która, miejmy nadzieję, będzie oparta na bardziej efektywnym wykorzystaniem energii – mówi Boixo.

Kolejnym przełomowym zastosowaniem komputerów kwantowych może być produkcja nawozów na bazie azotu, który jest niezbędny roślinom do właściwego wzrostu. Obecnie proces ich wytwarzania jest bardzo energochłonny.

40 proc. śladu węglowego bochenka chleba pochodzi z produkcji azotu do nawozów dla upraw pszenicy.

Komputer kwantowy umożliwiłby pozyskiwanie azotu w bardziej zbliżony naturze, mniej energochłonny sposób. Możliwe byłoby również odtworzenie skomplikowanego procesu fotosyntezy, co umożliwiłoby wykorzystanie energii słonecznej do produkcji paliw. Na obliczeniach kwantowych skorzysta również przemysł medyczny – dadzą one możliwość potencjalnej identyfikacji nowych związków chemicznych. Firmy farmaceutyczne zaoszczędzą miliardy na projektowaniu leków ze względu na szybką identyfikację nowych związków, a następnie symulację działania bez konieczności ich syntezy. Komputery kwantowe pomogą również naukowcom w modelowaniu złożonych interakcji i procesów w ciele, umożliwiając odkrycie nowych metod leczenia np. choroby Alzheimera lub szybsze zrozumienie nowych chorób, takich jak Covid-19. Sztuczna inteligencja już jest wykorzystywana przez firmy takie jak DeepMind, aby uzyskać wgląd w fałdowanie białek – kluczowy aspekt powstawania i rozwoju chorób – a komputery kwantowe przyspieszą ten wysiłek.

Naukowcy twierdzą, że ta technologia będzie w zasięgu ręki w następnej dekadzie.

Zdjęcie główne: busnosan.it
Tekst: Marta Zinkiewicz

Preloader spinner
Print
Print Text
Zobacz więcej
Wybierz region
Facebook