Komputery kwantowe - przyszłość szybsza od prędkości światła

Są takie drzwi, które samą swoją nazwą działają na ludzi odstraszająco na tyle, że boją się je otworzyć. Widnieje nad nimi napis "fizyka kwantowa". Dla większości tych, którzy spotkali się w trakcie edukacji z fizyką Newtonowską, jest to zamknięty teren, na który wkroczyć decydują się tylko nieliczni. Dlaczego piszę o fizyce cząstek elementarnych? Ano dlatego, że jednym z najczęściej "mielonych" ostatnio tematów, które dotyczą technologii teleinformatycznych, są komputery kwantowe. Najprościej rzecz ujmując takie, których działanie oparte jest na zasadach mechaniki kwantowej, zajmującej się zachowaniem cząstek elementarnych.  Zacznijmy od fotonu, który jest nie tylko cząstką elementarną światła, ale również nośnikiem informacji, o czym możemy się przekonać sprawdzając infrastrukturę dostawców internetu. Jeżeli składa się ona ze światłowodów to znaczy, że nośnikiem informacji jest światło. Co ma do tego foton? Ma tyle, że przez światłowód przepływa strumień fotonów, a zgodnie z zasadami mechaniki kwantowej... wystarczy tylko jeden. Jest jeden warunek - nikt nie sprawdza jego zachowania. Oznacza to mniej więcej tyle, że foton odizolowany od wpływu warunków zewnętrznych (drgań, fal elektromagnetycznych, itd., ale również czujników, które go "obserwują") zachowuje się jak pies zerwany z łańcucha. Do tego stopnia, że potrafi znaleźć się w wielu miejscach w tym samym czasie i jednocześnie dostarczać wielu informacji, a dzięki splątaniu kwantowemu, czyli zdolności fotonów do wzajemnej natychmiastowej "komunikacji bez kabla", dokonywać wielu obliczeń.
W przypadku komputerów kwantowych, nośnikiem informacji jest Kubit, czyli bit kwantowy, posiadający dokładnie takie same właściwości, jak właściwości kwantowe fotonu. Komputer posiadający taki nośnik danych, jest w stanie wykonać w ciągu kilku sekund obliczenia, które tradycyjnym komputerom zajęłyby kilka lat. Jest jeden problem - komputera kwantowego nie dostaniemy raczej do domu w formie wyposażenia. Po prostu nie będziemy w stanie uzyskać odpowiednich warunków do jego funkcjonowania (jak chociażby temperatura bliska absolutnemu zeru, czyli -273,15 °C). Wniosek jest prosty - podmiotów dysponujących komputerem kwantowym będzie bardzo niewiele.

Pod koniec ubiegłego roku internet obiegła wieść, jakoby pewien znany koncern (IBM) miał skomercjalizować komputery kwantowe. Wieść okazała się prawdziwa - interpretacja wielu osób, nie. Chodzi oczywiście o interpretację komputera kwantowego jako zwyczajnej maszyny, która może pojawić się w firmie lub domu. Błąd! Komercjalizacja komputerów kwantowych ma polegać na udostępnieniu ich możliwości obliczeniowych podmiotom gospodarczym, które będą skłonne zapłacić za to podobnie, jak za obliczenia w chmurze. Wcześniej dostęp do takich możliwości miały tylko wybrane ośrodki naukowe. Teraz komputery kwantowe mają wkroczyć w świat biznesu, a to oznacza rewolucję w przetwarzaniu dużych zbiorów danych. Komu będzie się to opłacać? Prawdopodobnie przedsiębiorstwom, które związane będą z przemysłem kosmicznym (z powodu stopnia skomplikowania obliczeń) oraz takim, które przetwarzać będą duże zbiory danych. Oczywiście, z powodu ograniczeń technicznych, wszystkie dane przetwarzane przy pomocy komputerów kwantowych będą skoncentrowane w bardzo niewielkiej liczbie ośrodków posiadających odpowiedni sprzęt.

Zejdźmy jednak niżej, czyli do zwykłego biznesu. Jeśli nie przemysł kosmiczny, to kto? Automatycznie na myśl nasunęły mi się sektory, które przetwarzają największe zbiory danych osobowych i jednocześnie, z dużym prawdopodobieństwem, posiadają środki wystarczające na skorzystanie z usług oferowanych przez firmy technologiczne, czyli operatorzy telefonii komórkowej oraz banki. Co do telefonów komórkowych, nie ma żadnych wątpliwości - posiadają prawie wszyscy, a przesyłem danych zajmują się właśnie przedsiębiorstwa zajmujące się telekomunikacją. Dodatkowo, operatorzy mogą już od dawna oferować korzyści finansowe (np. zniżki abonamentowe) w zamian za zgodę na przetwarzanie danych w celach marketingowych i na tej zasadzie udostępniać je podmiotom trzecim. W przypadku banków sytuacja wygląda nieco inaczej. Coraz więcej płatności ma formę bezgotówkową, w związku z czym dane, jakimi dysponować będą banki, dotyczące naszych preferencji na wielu płaszczyznach życia (wszystko przecież kosztuje) będą największą skarbnicą wiedzy dla biznesu. Naturalnym w tym przypadku wydaje się wykorzystanie obliczeń kwantowych do precyzyjnych symulacji rynku.
Olbrzymie ilości danych przyniesie ze sobą internet rzeczy oraz rozwiązania z obszaru inteligentnych miast. Możliwość wykorzystania rozwiązań opartych o obliczenia kwantowe pozwalałaby na skuteczne zarządzanie systemami inteligentnych obszarów. Sprawą oczywistą jest  także zainteresowanie tymi danymi szeroko pojętych służb, dla których zapytania skierowane do firm telekomunikacyjnych są, już w tej chwili, standardowym narzędziem pracy, wykorzystywanym zarówno w celach wywiadowczych oraz utrzymania bezpieczeństwa (np. walki z terroryzmem), jak i w ramach walki z tradycyjną przestępczością. Szybkość obliczeniowa komputerów kwantowych znacznie zwiększyłaby możliwości służb nie tylko od strony dostępu do szczegółowych danych dotyczących pojedynczych osób, ale także analizy ruchu sieciowego w tzw. sieci ukrytej (Deep Web), która jak dotąd oparta była na wykorzystaniu sztucznej inteligencji. Zresztą do tego, jakie możliwości dzięki zmianom technologicznym zyskają służby oraz do tematyki Deep Web'u na pewno wrócę.
Na koniec - cyberbezpieczeństwo. Przestępczość w sieci oparta jest na kradzieży i wykorzystaniu danych. Dotyczy to wielu obszarów, jednak tym, który zwraca szczególną uwagę są kradzieże środków finansowych. Zwykły obywatel skojarzy to zapewne z okradaniem kont bankowych lub fikcyjnymi kredytami. Wydawać by się mogło, że pojawiła się już technologia pozwalająca na zabezpieczenie środków przed kradzieżą. Teoretycznie jest nią blockchain, który wymaga uwierzytelnienia przy pomocy indywidualnego zaszyfrowanego klucza. Zdarzały się jednak przypadki kradzieży Bitcoin'ów wynikające z kradzieży kluczy. Sytuacja ulegnie prawdopodobnie zmianie dzięki możliwości wykorzystania szyfrowania kwantowego, ponieważ dzięki niemu, przy wykorzystaniu uwierzytelniania dwustronnego, klucze do wirtualnych portfeli staną się nie tylko zindywidualizowane, ale również jednorazowe. Nie da się ich po prostu wykorzystać bez pozostawienia śladu w postaci ich modyfikacji (lub bez ich zniszczenia). Wynika to po prostu z kwantowego zachowania nośnika informacji.
Obliczenia kwantowe z pewnością zrewolucjonizują przyszłość i prawie na pewno, oprócz korzyści przyniosą ze sobą również wiele zagrożeń, z których na dzień dzisiejszy nie do końca jesteśmy w stanie zdać sobie sprawę. Jak w każdym przypadku - każdy kij ma dwa końce, a nowa technologia niesie ze sobą prawdopodobnie nie tylko plusy.

Źródła:
A. Dragan, "Kwantechizm", Fabuła i Fraza, Warszawa 2019
Wikipedia
Grzegorz Stech, "Komputery kwantowe - przyszłość zaklęta w kubicie", computerworld.pl
"Pierwszy komercyjny komputer kwantowy wchodzi na rynek", national-geographic.pl
Grafika: Pixabay