Uvod u kvantno računarstvo — oblast u koju ulažu svi ozbiljni igrači

U ovom vodiču putujemo od sedamdesetih godina dvadesetog veka, kada je nastala ideja o kvantnom računarstvu do danas, kada sa sigurnošću pričamo kako će oni promeniti svet. Upoznajmo se sa njima pre nego što se to desi.

Dimitrije Milenković - 18. Novembar, 2016.

Kvantni računari sposobni su da u trenutku reše probleme koje danas poznajemo kao nerešive. Njihovom pojavom, klasično računarstvo se drastično menja. Potencijala kvantnog računarstva svesne su velike kompanije, države i univerziteti, pa zato počinju agresivno da ulažu u razvoj ove oblasti. Ipak, računari koji funkcionišu po principima kvantne mehanike mnogima su još uvek potpuno nepoznati.

U ovom vodiču putujemo od sedamdesetih godina dvadesetog veka, kada je nastala ideja o kvantnom računarstvu do danas, kada sa sigurnošću pričamo kako će oni promeniti svet. Upoznajmo se sa njima pre nego što se to desi.

U nastavku odgovaramo na sledeća pitanja:

Želimo da uradimo više — Od Fajnmana do kanadskog premijera

Godinama unazad, navikli smo se da računari iz dana u dan postaju sve moćniji. Pre pedesetak godina, tokom samog razvoja Silicijumske doline, Mur je predvideo da će se procesorska moć duplirati na svakih 18 do 24 meseca, a mi smo to prihvatili kao zakon jer je baš tako i bilo. Onda smo došli do kraja. Ipak postoji konačan broj tih sićušnih tranzistora koji mogu stati na jedan čip. Sa druge strane, ljudi su postali gladni boljih računara, naviknuti na to da im računari inkrementalno olakšavaju život.

Jedna od ideja koje nam daju nadu da računari mogu biti moćniji jeste ona o kvantnim računarima. Granice koje su sada postavljene, kvantni računari bi lako prevazišli. Tako bi problemi koji su danas nerešivi ili su rešivi, ali zahtevaju mnogo vremena i memorije, bili rešeni u trenutku.

Kako bismo vas uveli u kvantno računarstvo, vratimo se na sam početak. Potencijalno rešenje Murovih i naših briga nastalo je zahvaljujući interesantnom i legendarnom fizičaru, Ričardu Fajnmanu. Fajnman je poznat kao veoma ekstrovertan naučnik, dobitnik Nobelove nagrade, tvorac teorije kvantne elektrodinamike i jedan od najzaslužnijih ljudi za stvaranje atomske bombe u okviru projekta Menhetn. Čitavog života, njega je interesovao svet na mikro nivou i ponašanje “malih stvari” — na tom nivou ništa ne funkcioniše kao obično.

Česticama koje čine atome odnosi su uređeni po drugačijim pravilima — pravilima kvantne mehanike. Ponašanje tih čestica, dakle, veoma je složeno, pa ga je teško simulirati čak i najnaprednijim računarom. Zato je Fajnman, sedamdesetih godina, počeo da razmišlja o tome kako bi bilo da postoji računar koji funkcioniše po pravilima kvantne mehanike. Tako se rodila ideja o kvantnim računarima.

Kada se pojavi ideja o nekoj novoj tehnologiji i počne da se priča o njoj, gotovo da se zna ceo njen razvojni proces nadalje. Na početku, ljudi su zbunjeni. Sa razvojem tehnologije i njene dostupnosti, oni se navikavaju i ona ulazi u svakodnevni život, ili biva ocenjena kao nepraktična i nestaje sa tržišta. Tehnologije se danas sve brže razvijaju i vreme trajanja ovog procesa je sve manje.

Ipak, kvantni računari su izuzetak. Ideja je nastala davno, još uvek nam nisu dostupni, ali pored toga su i dalje aktuelna tema. U razvoj se ulažu ogromne svote novca, a o kvantnom računarstvu pričaju i oni od kojih nismo očekivali, čemu svedoči viralan video u kome kanadski premijer objašnjava kvantne računare na jednom od najpoznatijih Instita za kvantnu fiziku.

Pravi je trenutak da nam ova oblast postane jasnija.

Šta su to kvantni računari?

Suštinski, svi računari su kvantni. Elektronski tranzistori i kola koja koriste klasični računari zasnivaju se na kvantnim efektima. Klasični računari koriste “klasičnu logiku” kao osnovu za svoje funkcionisanje — najmanja jedinica je bit, koji može imati stanje nula ili jedan. Razlika između ovih i kvantnih računara je u tome što kvantni koriste specifične efekte kvantne fizike, poput kvantnog zaplitanja (eng. entanglement), koji otvaraju mogućnosti drugačijeg načina prenosa informacija.

Tako ovi računari primenjuju kvantnu logiku, koja je probabilističko proširenje klasične — najmanja jedinica je kjubit, koji može biti nula ili jedinica, ali i njihova superpozicija, odnosno verovatnoća stanja 0 i 1.

Dakle, povucimo paralelu – klasični računari kao osnovu koriste zakone električne provodljivosti, bitovi mogu imati dva stanja, te se sav rad sa njima zasniva na Bulovoj algebri; sa druge strane, kvantni računari kao bazu za razvoj koriste zakone kvantne mehanike, kjubitovi su vektori (sa intenzitetom, pravcem i smerom), te se njihov rad zasniva na linearnoj algebri. Računar za koji će linearna algebra biti upotrebljiva bio bi jako bliži stvarnom svetu, mogao bi da “razmišlja” onako kako mi to radimo. To nam pruža gotovo neograničene mogućnosti i upravo odatle i veliki hajp oko ovakvih računara.

Zakoni kvantne mehanike koji služe za razvijanje kvantnog računarstva nisu pojmovi i odnosi koji nam mogu biti intuitivno jasni, jer se sa njima ne susrećemo stalno. Ipak oni su ključni za razumevanje kvantnih računara. Vratimo se zbog toga na kjubitove i superpoziciju.

Dakle, najmanja jedinica informacije, kjubit, poput bita, može biti jedinica ili nula. Kjubit zapravo može biti bilo koji kvantni sistem, na primer elektron. Njegova osnovna stanja su |+> i |->, odnosno jedinica i nula kod klasičnih, koja odgovaraju pozitivnom i negativnom spinu elektrona. Ono što je kod kjubita fascinantno je to što on, međutim, u kvantnom svetu, ne mora da bira između ova dva stanja – on može biti bilo koja kombinacija njih.

U principu, potpuno je proizvoljno koja stanja će obuhvatiti elektron sve dok su ona izabrana iz skupa svih mogućih. Dakle, ako treba da damo laičku definiciju ovog efekta, rekli bismo da je superpozicija mogućnost kvantnog sistema da čestice budu na više mesta u istom trenutku — dakle nešto može u isto vreme da bude i ovde i tamo, i gore i dole. Sve dok se ne posmatra ili meri, kjubit je u superpoziciji verovatnoće za oba stanja i ne možemo da predvidimo koje će biti. U trenutku kada ga posmatramo, on prelazi u nulu ili jedinicu i više ne igra po ovim pravilima.

Ako niste u potpunosti shvatili, pogledajte video u kome je superpozicija dobro i slikovito objašnjena:

Sa ovim pojmom smo se svi prvi put susreli kroz školski eksperiment sa Šredingerovom mačkom  — mačka je u zatvorenoj kutiji gde je otrov koji može biti oslobođen ili ne; za nas van zatvorene kutije ona je u jednom trenutku i živa i mrtva, jednake su šanse i za jedno i za drugo, a onda kada otvorimo kutiju možemo videte da je mačka ili živa ili mrtva.

Ova moć je ono što doprinosi značaju kjubitova i omogućava nam da toliko toga što nismo mogli sa klasičnim, uradimo sa kvantnim računarima. Da bismo ukratko objasnili kako ovo tačno radi, posmatrajmo četiri bita — oni mogu preneti jednu informaciju koja je zapravo jedna od 16 permutacija njihovih stanja. Kubitovi u superpoziciji mogu biti svih 16 stanja u jednom trenutku. Ovi brojevi rastu eksponencijalno sa povećanjem broja kubitova, pa tako 20 njih mogu paralelno predstavljati milion vrednosti.

Pored superpozicije koja predstavlja osnovu funkcionisanja kjubita, ključna stvar koja daje moć kvantnim računarima je kvantno zaplitanje. To je, zapravo, jaka povezanost kjubitova, koja im omogućava da jedan reaguje na promenu stanja drugog istovremeno, ma koliko oni bili fizički razdvojeni. To praktično znači da ako utvrdimo stanje jednog povezanog kjubita, mi smo saznali i stanje njegovog partnera, iako ga uopšte ne posmatramo. Zvuči korisno? Ovo je pojava koju ni Ajnštajn nije hteo da prihvati, te je o njoj pričao kao o “mističnoj akciji na dalekim rastojanjima”, a koja nam može omogućiti skroz drugačije računarstvo.

Ovi efekti izuzetno su teški za kontrolisanje, što je glavna prepreka praktičnom razvoju.

Nakon ovog dela, nadamo se da su vam jasniji zakoni kvantne mehanike i samo kvantno računarstvo. Međutim, i dalje je teško, čak i ljudima koji se ceo život bave ovim, da sve shvate u potpunosti. O tome je i Fajnman pričao, pa je tako čuven njegov citat:

feynman-fajnman-kvantni-racunarAko misliš da razumeš kvantnu mehaniku, onda ne razumeš kvantnu mehaniku.

Opisani efekti omogućavaju da kvantni računar bude veoma moćniji od bilo koga do sada. U narednom delu pregledaćemo bazične sposobnosti kvantnih računara, koje ga diferenciraju od klasičnih.

Kvantni računari brzo pronalaze najbolje rešenje

Zamislimo jedan ogroman telefonski imenik sa N brojeva. U njemu su brojevi sortirani po prezimenima, međutim nama treba konkretan broj. Sa tradicionalnim računarom, da bismo našli konkretan broj, u najgorem slučaju, moramo proći kroz ceo imenik i proveriti svih N brojeva. Ne postoji matematička prečica kojom bismo povećali efikasnost.

Sa kvantnim računarima i Gruverovim algoritmom za pretraživanje, složenost se smanjuje na O(√N), te ovaj proces postaje znatno efikasniji. Brojeve u imeniku možemo predstaviti kombinacijama stanja kjubita, pa tako ako je N = 2 na n, tada svi brojevi mogu biti prikazani stanjima n kjubita. Dakle, ako naš imenik ima milijardu brojeva – da bi našao jedan, u najgorem slučaju tradicionalnom računaru potrebno je milijardu pokušaja, a kvantnom koren od tog broja – 31 623.

Matematičari godinama ne spavaju mirno zbog takozvanog problema trgovačkog putnika. On se zasniva na pronalasku najkraćeg puta kojim bi trebalo da ide trgovac kome je cilj da poseti određeni broj gradova. Danas se za rešavanje ovog problema najčešće koriste Monte Karlo metod ili genetski algoritam, što predstavlja napredak. Kvantni algoritmi, međutim, daleko su brži od postojećih alternativa.

Problem trgovačkog putnika je problem koji prožima sve grane nauke, ali i svakodnevno poslovanje. Praktično, svaki put kada želimo da povećamo efikasnost nekog kompleksnog procesa, mi tražimo optimalnu kombinaciju.

Mogućnost brzog pronalaska rešenja iz ogromnog skupa mogućih može ozbiljno ubrzati razvoj mnogih disciplina i otkriti svetu nove moćnosti.

Za laku faktorizaciju uz pomoć kvantnih računara ste verovatno već čuli. Ovo je definitivno jedna od sposobnosti kvantnih računara koja je najviše popularizovana. Ipak, o ovome se često priča previše opšte, pa ćemo se potruditi da u nastavku svima nama postane jasna cela priča oko faktorizacije.

Pomnožiti dva broja može bilo koji računar, međutim rastavljanje velikih brojeva na činioce, poput onih sa 500 cifara, potpuno je nemoguće za klasične računare. Ipak, upravo smo saznali da kvantni računari znatno brže mogu naći rešenje iz ogromnog skupa mogućih. Tako godine 1994, Piter Šor, matematičar sa MIT-a koji je u to vreme radio u AT&T-u, kreira kvantni algoritam koji rešava problem rastavljanja velikih brojeva na proste činioce. Šorov algoritam je bitno brži od najefikasnijeg klasičnog algoritma za ovu namenu.

Mnogi odmah pomisle kako nema mnogo ljudi koji na dnevnom nivou imaju potrebu da rastavljaju na činioce brojeve sa 500 cifara. Međutim, nije baš tako – zbog toga što je ovo bio nerešiv problem, on je poslužio kao osnova za razvoj čitave današnje kriptografije. Tako je RSA enkripcija, kriptografski metod koji koriste sve kreditne kartice kada kupujemo online u potpunosti zasnovana na problemu faktorizacije.

Ukratko, ovaj proces funkcioniše tako što prodavac daje svakom od nas ogroman javni ključ za šifrovanje informacija sa kreditne kartice kome svako može pristupiti. Taj ključ je proizvod dva velika prosta broja, čija je razlika takođe veliki broj. Ti brojevi su poznati samo prodavcu. Jedini način da bilo ko otkrije informacije sa kreditne kartice jeste da otkrije, na osnovu javnog ključa, koja su ta dva broja čijim množenjem se on dobija. Sve dok je faktorizacija nerešiv problem, RSA enrkipcija funkcioniše dobro, pa su svi naši računi bezbedni. Sa funkcionalnim kvantnim računarima, ova priča pada u vodu.

To ne znači da kriptografija neće postojati, već samo da će biti stvorena nova, koje će biti sigurnija za sve nas – sa kvantnim računarima dolazi enkripcija koja se zasniva na konceptu kvantne distribucije ključeva (QKD = Quantum Key Distribution). QKD nam omogućava da napravimo proizvoljan ključ i bezbedno ga prosledimo odvojeno od enkriptovanih podataka. Tako šaljemo enkriptovane podatke putem interneta, a ključ kreiramo i šaljemo odvojeno kao tok fotona optičkom kvantnom vezom. Tako haker može presesti enkriptovane podatke na netu, ali ne može ih nikako dešifrovati jer je ključ izabran proizvoljno i poslat drugim kanalima.

Dakle, kvantni računari uzrokovaće revoluciju u kriptografiji — nestaje čitava RSA enkripcija, ali nam dolazi nešto bolje i sigurnije.

Dali smo male nagoveštaje o mogućim oblastima primene i objasnili ono o čemu se najviše priča. Već sada je jasno da su kapaciteti kvantnih računara ozbiljni, međutim pitanje je zašto nam oni i dalje nisu dostupni.

Zašto i dalje nema kvantnih računara?

Jasno je da su nam za funkcionalni kvantni računar potrebni kjubitovi koji bi se ponašali onako kako mi to želimo. To mogu biti fotoni, elektroni ili nešto drugo. Naučnici istražuju veliki broj čestica kao potencijalne kjubitove. No, njima nije baš tako lako upravljati. U prvom videu okačenom u tekstu, pored ostalog, videli ste da se kjubitovi ponašaju opisano samo ako su u izolovanom kvantnom sistemu. Nakon nekog trenutka, pri minimalnoj interakciji sa spoljnom sredinom, oni počinju da se ponašaju kako sami žele – prelaze u neko drugo stanje, koje nije kvantno i za nas, samim tim, postaju beskorisni. Ovo je Ahilova peta kvantnog računarstva.

Vreme koje imamo na raspolaganju za sve proračune koje želimo da izvršimo sa kvantnim računarom pre nego što on stupi u kontakt sa spoljašnom sredinom i kjubitovi napuste kvantno stanje nazivamo vremenom koherencije. Naučnici su napravili velike korake u povećanju tog vremena u poslednjih par godina i ono danas iznosi 100 mikrosekundi. Svaka kvantna operacija izvršava se za 50 nanosekundi, tako da imamo ograničeno vreme tokom koga ne možemo da stignemo da izvršimo skoro ništa, pa pomenuti algoritmi moraju da sačekaju neki novi napredak.

Još jedan problem je energetska razlika između kjubitovih stanja nula i jedan – ona iznosi svega 10-24 džula. Zbog ovako male razlike, teško je utvrditi u bilo kom trenutku tačno stanje kjubita.

Rekli smo već da kvantni računar mora biti izolovan sistem kako bi funkcionisao. Na više načina su istraživači probali da postignu ovo. Neki od njih funkcionišu po principu frižidera ili visokovakuumskih komora. Napraviti ovakav sistem nije nimalo lak zadatak.

Konkretno sa frižiderom, to funkcioniše tako što se u njemu zaustavlja (odnosno usporava) kretanje oduzimanjem kinetičke energije putem toplote. Kako bi se što više smanjio uticaj spoljašne sredine, mora se napraviti najhladniji frižider. On mora održavati unutrašnju temperaturu veoma blizu apsolutnoj nuli, odnosno 0.1◦K (-274.15◦C). U međuzvezdanom prostoru temperatura je 0.7◦K. Dakle, priznaćete – napraviti računar hladniji od međuzvezdanog prostora je, u najmanju ruku, veoma izazovno.

Zbog ovih specifičnosti, kvantne računare ne može svako razvijati i nemamo na svakom ćošku po jednu laboratoriju. Ipak, neki ljudi bili su dovoljno smeli da se upuste u razvoj i postigli su značajne rezultate.

Kvantno računarstvo napreduje — Univerziteti vs. D-Wave vs. IBM

Koliko god funkcionalni kvantni računari predstavljali veliki izazov, ovo polje iz dana u dan sve više napreduje. Da li su izgrađeni kvantni računari ili još uvek nisu, zavisi od toga šta pod tim pojmom podrazumevamo. Nešto se već uradilo i danas oni postoje, međutim nisu dovoljno moćni da bi zamenili klasične računare.

Ono što zbunjuje je veliki jaz između teorijski izvodljivih stvari i onoga što stvarno radi trenutno. Taj jaz stvoren je iz razloga što je njihov razvoj uvek bio luksuz omogućen malom broju istraživača. Sa par mesta stižu informacije o napretku u kvantnom računarstvu, ali istraživači često znaju svoj rad da prikažu tačno onako kako im odgovara, a to mogu da rade zbog opšteg neznanja šire javnosti koje još uvek vlada u ovom polju.

Tim istraživača sa popularnog i pomenutog Instituta za kvantno računarstvo Univerziteta u Waterloo-u (IQC) i MIT-a često je bio glavni generator novih vesti o dostignućima na ovom polju. IBM je takođe uključen gotovo od samog početka razvoja kvantnog računarstva. Međutim, čitav razvoj se ubrzao, a stanje počelo menjati, nakon osnivanja prve kompanije za kvantno računarstvo, D-Wave-a, i njene saradnje sa Google-om i NASA-om. Od tada, sve češće dobijamo informacije o napretku u razvoju ove oblasti. Dosta toga se promenilo – nešto što je bilo veliko dostignuće pre samo par godina sada nije vredno pomena. Izgleda da kvantno računarstvo konačno ubrzava razvojni ciklus pomenut na početku.

Kvantna tehnologija se već koristi. Na razvoju kvantne distribucije ključeva, QKD-a, se mnogo radilo, pa se postiglo i to da se QKD-om pošalju informacije kroz slobodan prostor. Potpuno funkcionalan kvantni računar jeste cilj na duži rok i njega trenutno nema, ali mnogo osnovnih, pre svega teorijskih, istraživanja je urađeno kao doprinos razvoju. Ipak, još uvek se koči sa praktičnim delom, tako da sada imamo kvantne računare sa tek po nekoliko kjubitova.

Danas, vodeći univerzitetski centri za kvantna istraživanja, uključujući Univerzitet u Waterloo-u, Stanford, MIT i Yale rade na razvoju 3, 7, 12 i 16-kjubitnog kvantnog računara. Kevin Resch, zamenik direktora Instituta za kvantno računarstvo i profesor na Univerzitetu u Waterloo-u, tvrdi da smo još uvek daleko od funkcionalnog kvantnog računara:

kevin-resch-iqc-kvantni-racunariPostaće veoma interesantno kada se stigne do 30 ili 40 kjubita. To bi bio najmoćniji računar ikada stvoren.

Veliki pomak napravili su kvantni senzori i aktuatori, koji danas omogućavaju naučnicima da navigiraju nano-svet sa izvanrednom preciznošću i osećajem. To pomaže boljim istraživanjima u okviru kvantne mehanike, što dalje doprinosi razvoju drugih disciplina, o čemu će više reči biti u nastavku.

Samim tim što funkcioniše kao kompanija, D-Wave se dosta razlikuje od ostalih istraživača na ovom polju, pa zato oni i nisu baš najbolji prijatelji. Ipak, ne možemo osporiti da je kompanija digla priču na viši nivo. Prošle godine, ova ekipa uspela je da izgradi procesor sa 1000 kjubita, bar po njihovim tvrdnjama. Ipak, ovo je verovatno bio samo dobar marketinški trik – ovih 1000 kjubitova nisu radili kao jedan procesor, mada je ovo svakako napredna mašina. U ovoj priči možda se krije neverovatan napredak, ali za sada je najboje da sačekamo neku novu prezentaciju D-Wave-a.

Praviti kvantni računar, kvantne algoritme ili razvojna okruženja nikada nije bila jeftina igra – shvatili smo to do sada. Već smo pomenuli da nedostupnost kvantnih laboratorija većem broju istraživača usporava praktičan razvoj ove oblasti. IBM je, nakon 37 godina istraživanja u kvantnom računarstvu, odlučio da predstavi nešto drugačije – od aprila ove godine, IBM nudi kvantni računar na cloudu. U pitanju je računar sa pet kjubitova. Platforma nije preterano interesantna za širu javnost, ali jeste za istraživače – pomenuli smo da je razvoj upravo kočilo to što se njime bavi mali broj ljudi  – možda će baš IBM-ova odluka biti ključna za pojavljivanje prvog funkcionalnog kvantnog računara.

Ljudi uglavnom misle da bi pojava ovakvog računara, izbacila sve klasične iz naših života. Realnost je verovatno drugačija. Primetili smo da su kvantni računari moćni, ali i veoma specifični, što je povezano i sa cenom njihovog razvoja. Zbog toga, čak i kada se pojavi funkcionalni kvantni računar, on će se koristiti u oblastima gde bi napravio revoluciju, a gotovo sigurno je da nećemo svi nabaviti po jedan kvantni računar za sebe.

Moć kvantnih računara je ogromna. Pomenuli smo uticaj na kriptografiju, ali hajde da napravimo pregled oblasti u kojima će ovi računari napraviti velike promene.

Šta će sve biti bolje uz kvantne računare — Bržim razvojom AI i novim materijalima svet će se promeniti

Kvantni računari iz dana u dan postaju sve realniji. Prikazali smo neke njihove sposobnosti koje ih stavljaju daleko ispred klasičnih. Primena tih sposobnosti može ubrzati razvoj mnogih oblasti. Za kraj smo ostavili da se bavimo time kako konkretno izgleda primena kvantnih računara i gde će oni naći svoje mesto.

Ono što je bio glavni razlog za uključivanje Google-a u ovu priču je uticaj kvantnih računara na razvoj veštačke inteligencije. Zahvaljujući sposobnosti paralelne obrade informacija, treniranje mreža dubinskog učenja sa kvantnim računarima može biti mnogo brže. Tehnika dubinskog učenja trenutno je najzastupljenija u razvoju veštačke inteligencije. Omogućavanjem bržeg treniranja, neuronske mreže bi postale dublje za kraće vreme, što bi generalno dovelo do ubrzanog razvoja čitave oblasti veštačke inteligencije.

Pomenuli smo već čuveni Gruverov algoritam na primeru telefonskog imenika. Proces pronalaska optimalnog rešenja iz ogromnog skupa mogućih je često spor i neefikasan sa klasičnim računarima. Dosta toga se menja kada imamo ovu sposobnost, pa će to se njen uticaj videti gotovo svuda. Posmatrajmo kako bi ovo promenilo hemiju. Ovakav računar stvorio bi uslove da kvantni hemičari istražuju, do neverovatnih detalja, odnose između atoma i molekula. To predstavlja šansu za stvaranje novih lekova i materijala, koji bi bili bolji od onih koji se koriste danas. Ovakav progres hemije uticaće jako na naše živote.

Na početku 20. veka planetu je naseljavalo milijardu i po, a danas sedam i po milijardi stanovnika. Jedan od najvećih izazova za našu planetu je obezbediti hranu za sve nas. Kako bi moglo više hrane da se proizvodi, potrebne su nam velike količine kvalitetnog đubriva. Sva đubriva sadrže amonijak. Dakle, potrebne su nam ogromne količine amonijaka.

Za njegovu proizvodnju potrebna je prilagođena temperatura i mnogo energije. Kako bismo mogli da ga proizvodimo uz manji utrošak energije, koristimo katalizatore. Uz kvantne računare, mogli bismo da istražimo veliki broj jedinjenja koja mogu da posluže kao katalizatori i da dođemo do optimalnog – onog koji bi nam omogućio da proizvodimo amonijak uz mnogo manji utrošak energije nego što je to sada, sa postojećim katalizatorima. Tako bismo dobili dostupnije đubrivo i nadu da planeta neće gladovati.

Sa druge strane, pomenimo Elona Maska i Tesla automobile. Znamo da je njihova ideja da naprave vozila koja će koristiti održive izvore energije. Za potrebe takvih automobila, napravljena je i Gigafabrika koja je 2007. počela da proizvodi baterije. U 2018. godini prvi put će ova fabrika dostići pune kapacitete proizvodnje i proizvešće više baterija za godinu dana nego što je ukupno proizvedeno na svetskom nivou do 2013. godine.

Ono što jako smeta vozačima i što umnogome koči popularizaciju Tesla automobila je kratko vreme vožnje. Tako na dužem putovanju, nakon nekog vremena se baterije prazne, a onda vozač mora da stopira svoje putovanje na par sati. Ljudi iz Tesle ulažu velike napore da prevaziđu ovaj problem. Za sada, jačina baterije godišnje raste za 3%. Za neke oblasti to je zadovoljavajuć napredak, međutim ako uporedimo sa računarima čiji su se kapaciteti duplirali na 18 do 24 meseca, onda baterije veoma slabo napreduju. Zato trenutno, Tesla, ali i drugi istraživači, pokušavaju da nađu nove materijale koje bi zamenili Litijum-jone i omogućili da u baterijama skladištimo više energije.

Uz kvantne računare, mogli bismo brzo da ispitamo ogroman broj materijala i dođemo do optimalnog. Kada bi se ovaj problem prevazišao, bili bismo još jedan korak bliži širokoj dostupnosti električnih vozila i, samim tim, više koraka dalji od uništenja ozonskog omotača.

Nekoliko ovakvih primera uverava nas u značaj kvantnog računarstva. Ovo su samo neke od oblasti gde će ovi računari zasigurno napraviti veliki progres. Ipak, njihov pravi potencijal je još uvek nezamisliv. Mejman je pre malo više od pedeset godina izmislio prvi laser, nemavši apsolutno nikakvu ideju o skenerima u supermarketu, CD plejerima ili o hirurgiji oka. Ostaje nam da vidimo šta će uraditi kvantni računari.