Wykorzystanie komputerów kwantowych może być źródłem przewagi ekonomicznej w biznesie, nawet gdy zastosujemy je do obliczeń, z którymi radzą sobie klasyczne maszyny.
Wyobraź sobie, że koncern farmaceutyczny mógłby skrócić znacząco proces pracy nad innowacyjnymi lekami. Dzięki temu udałoby się prowadzić badania nad większą liczbą produktów, byłoby mniej ślepych zaułków w procesie poszukiwania i rozwoju nowych leków, a do tego farmaceutyki trafiałyby na rynek znacznie szybciej, na czym skorzystałyby miliony ludzi na całym świecie.
Albo wyobraź sobie, że firma logistyczna mogłaby dynamicznie zarządzać trasami swojej floty złożonej z tysięcy ciężarówek. Oznaczałoby to nie tylko zdolność do przetworzenia niewyobrażalnej liczby zmiennych, by elastycznie dostosowywać się do nowych możliwości lub ograniczeń. Taka firma mogłaby szybciej dostarczać do sklepów świeższe produkty, jednocześnie redukując ilość emitowanego dwutlenku węgla.
Komputery kwantowe mogą przyczynić się do urzeczywistnienia tych oraz wielu innych wizji. I właśnie dlatego firmy technologiczne, prywatni inwestorzy oraz rządy państw inwestują potężne środki finansowe we wspieranie start‑upów zajmujących się obliczeniami kwantowymi. Duża część środowiska zajmującego się badaniami nad rozwojem tej technologii koncentruje się na wykazaniu tak zwanej przewagi kwantowej (quantum advantage), która oznacza, że komputer kwantowy jest w stanie przeprowadzić nawet najbardziej arbitralne obliczenie, niemożliwe do wykonania za pomocą klasycznego komputera zapisującego dane w systemie binarnym (zobacz ramkę Kwantowy słowniczek). Tysiące razy szybsze działanie komputerów kwantowych może wygenerować ogromną wartość ekonomiczną, o ile same obliczenia i ich rezultaty będą faktycznie przydatne dla organizacji.
Menedżerowie chcący sprawnie poruszać się po świecie technologii powinni znać przynajmniej podstawowe pojęcia z zakresu obliczeń kwantowych. To pomoże im trzymać rękę na pulsie, śledzić rozwój w tej dziedzinie i zastanawiać się nad potencjalnym zastosowaniem komputerów kwantowych w ich firmach.
Kubit (ang. qubit, bit kwantowy): podstawowa jednostka informacji kwantowej, zakodowana w delikatnych właściwościach fizycznych światła lub materii, których cząsteczki są manipulowane w celu wygenerowania kalkulacji w komputerze kwantowym. Kubit jest odpowiednikiem bitu w klasycznych (binarnych) komputerach.
Komputer kwantowy odporny na błędy (ang. fault‑tolerant quantum computer): cyfrowy komputer kwantowy ogólnego zastosowania będzie w stanie rozwiązywać wiele różnych typów problemów i zadań w sposób elastyczny oraz niezawodny. Komputery odporne na błędy mają udowodnioną przewagę kwantową, której jednym z przykładów jest algorytm Shora. Jednak do momentu wprowadzenia ich do użytku na dużą skalę może minąć jeszcze wiele czasu, ponieważ kubity wymagają wysoce złożonych protokołów korekcji błędów.
Pełne szumu (ang. noisy): zarówno już istniejące, jak i mające pojawić się w niedalekiej przyszłości komputery kwantowe cechuje tak zwany szum, podobny do tego, jaki znamy z analogowych radioodbiorników AM/FM jeszcze sprzed czasów cyfrowego radia. Jednak szum kwantowy (quantum noise) znacznie trudniej zredukować z powodu delikatnych kubitów niż w przypadku elektronicznego i magnetycznego szumu charakterystycznego dla konwencjonalnych bitów.
Przyspieszenie kwantowe (ang. quantum speedup): przyspieszenie jest wyrażone przez różnicę w wydajności dwóch komputerów rozwiązujących ten sam problem. Przyspieszenie kwantowe to przewaga w wydajności, jaką komputer kwantowy ma nad klasycznym rywalem w procesie generowania rozwiązania. Można je definiować i charakteryzować na wiele sposobów. Jednym z istotnych mierników jest skalowanie wraz ze wzrostem liczby kubitów.
Przewaga kwantowa (ang. quantum advantage): ma miejsce, kiedy za pomocą obliczeń kwantowych udaje się rozwiązać problem „niemożliwy” do rozwiązania, a dokładnie taki, z jakim w rozsądnym, realistycznym czasie nie poradzi sobie klasyczny komputer. Najbardziej oczywiste przypadki przewagi kwantowej wynikają z wykładniczego przyrostu przyspieszenia kwantowego.
Ekonomiczna przewaga kwantowa (ang. quantum economic advantage): powstaje, kiedy za pomocą obliczeń kwantowych udaje się rozwiązać problem istotny komercyjnie i ekonomicznie inaczej lub znacznie szybciej niż przy użyciu klasycznego komputera. Z ekonomiczną przewagą kwantową możemy mieć do czynienia wówczas, kiedy przyspieszenie kwantowe niekoniecznie przyrasta wykładniczo; przyrost ten może być kwadratowy albo wielomianowy.
Jednak wysoki koszt budowy komputerów kwantowych w połączeniu z ciągłym postępem w dziedzinie klasycznych maszyn powoduje, że realna komercyjna wartość obliczeń kwantowych nie zostanie dostrzeżona ani zrealizowana, jeżeli naukowcy i inwestorzy nie zaczną koncentrować się na poszukiwaniu czegoś, co postanowiliśmy określić mianem kwantowej przewagi ekonomicznej (quantum economic advantage). Organizacja może osiągnąć taką przewagę, kiedy komputer kwantowy dostarczy jej adekwatne i aktualne z biznesowego punktu widzenia rozwiązanie, nawet jeżeli zrobi to tylko trochę szybciej niż komputer klasyczny, albo kiedy wyniki obliczeń kwantowych przyniosą obiecujące rezultaty, które różnią się od tych wygenerowanych w tradycyjnym procesie obliczeniowym.
Dlaczego kwantowa przewaga ekonomiczna ma znaczenie
W 2019 roku zespół pionierów Google’a pod przewodnictwem Johna Martinisa zdobył ogólnoświatowy rozgłos, kiedy opracowana przez niego maszyna kwantowa w ciągu kilkudziesięciu sekund wykonała obliczenie (analizę porównawczą metodą entropii krzyżowej – cross‑entropy benchmarking), które klasycznemu komputerowi zajęłoby kilkadziesiąt tysięcy lat. O swojej przewadze kwantowej donoszą także inne firmy, między innymi start‑up Xanadu, którego naukowcom niedawno udało się zrealizować precyzyjnie zdefiniowane zadanie obliczeniowe (gaussowskie próbkowanie bozonu – Gaussian boson sampling) w czasie poniżej jednej sekundy, podczas gdy klasyczny komputer zmagałby się z nim ponad 9 tysięcy lat.
Setki opublikowanych prac naukowych i wiele najlepszych umysłów koncentruje się obecnie na podobnych ILUSTRACJA: ANDY POTTS przykładach przewagi kwantowej. Za każdym razem, gdy udaje im się tę przewagę udowodnić, mamy do czynienia z kolejnym kamieniem milowym w rozwoju komputerów kwantowych. Jednak te działania zwykle dotyczą obliczeń, które są mało przydatne do rozwiązywania problemów typowych dla firm, więc menedżerowie mogą odnieść wrażenie, że technologia ta nie jest jeszcze gotowa ani ekonomicznie opłacalna do zastosowania jej w biznesie. My natomiast twierdzimy, że obliczenia kwantowe nie muszą dostarczać przewagi kwantowej, by były użyteczne komercyjnie; wystarczy tylko, że są w stanie zaoferować rozwiązania odmienne od tych generowanych przez klasyczne komputery lub uczynić to szybciej. Każde przyspieszenie dzięki zastosowaniu tej technologii to szansa na uzyskanie kwantowej przewagi ekonomicznej (zobacz ramkę Świat kwantowej przewagi ekonomicznej).
Materiał dostępny tylko dla subskrybentów
Dołącz do subskrybentów MIT Sloan Management Review Polska Premium!
Kup subskrypcję
