Iz leta v leto večja hitrost in zmogljivost računalnikov je nekaj, na kar smo se v zadnjih desetletjih povsem navadili in začeli to tudi pričakovati. Vse manjši čipi so iz leta v leto zagotavljali vse večjo procesorsko moč. Toda to zmanjševanje velikosti ima svoje povsem fizikalne omejitve. Ko stopimo čez to mejo, binarna logika ničel in enic, na kateri temelji klasično računalništvo, odpove in znajdemo se v svetu kvantnih zakonov.

O kvantnem računalniku, ki bi deloval po teh, drugačnih principih in bil zato tudi nepredstavljivo hitrejši od običajnih računalnikov, se razmišlja že zelo dolgo, že vsaj od 70-ih let 20. stoletja. Toda težave z uresničitvijo teh idej so se izkazale za mnogo večje, kot je na začetku razvoja kvantnih računalnikov kdor koli pričakoval. Toda v zadnjih letih tehnološki napredek vendarle kaže konkretne rezultate. Kvantni računalnik tako očitno le ne bo ostal stvar znanstvene fantastike.

Kvantni preskok pred vrati

Z njegovim prihodom se bodo določene stvari spremenile. Določeni problemi, ki jim klasični računalnik ne bi bil kos niti v več desetletjih ali celo stoletjih, bi se namreč praktično raztopili.

Napovedi o prihodu kvantnega računalnika tako spremljajo opozorila, kako uničujoče posledice bo imel za vse digitalne informacije, saj bo v trenutku lahko razbil enkripcijo, ki danes ščiti podatke, ki potujejo po svetovnem spletu. Kdor koli bo uspel sestaviti prvi pravi kvantni računalnik, bo zato močno v prednosti.

Danes v povezavi s kvantnimi računalniki omenjajo predvsem dve napravi. D-wave je kvantni pospeševalnik istoimenskega kanadskega podjetja, ki sicer ne izpolnjuje vseh pogojev za kvantni računalnik, se pa pri svojem delovanju nedvomno naslanja tudi na kvantne pojave. Nedvomno je pri reševanju specifičnih nalog zelo učinkovit in naj bi že v prihodnjem letu presegel zmogljivost današnjih superračunalnikov za tisočkrat.

Mnogo bliže kriterijem kvantnega računalnika je naprava, ki jo je izdelal IBM. Toda ta je trenutno še zelo majhna, vsebuje namreč le 5 kubitov oziroma kvantnih bitov, kar zadošča bolj za preverjanje temeljnih lastnosti kvantnega računalnika kot za pravo delo. Toda v naslednjih petih do desetih letih predvidevajo, da se bo število povzpelo do 100, kar bi že omogočilo reševanje konkretnih nalog.

Bodo kvantni računalniki uničili spletno varnost?

Toda pravega univerzalnega kvantnega računalnika, ki bi bil sposoben reševati poljuben problem, kot smo to vajeni pri klasičnih računalnikih, po mnenju strokovnjakov najverjetneje nikoli ne bo. V tem pogledu ne bodo kvantni računalniki nikoli  nadomestili klasičnih. Bodo pa nadvse uporabni pri reševanju specifičnih nalog. Tudi pri faktorizaciji števil, težavni računski operaciji, ki je za klasične računalnike tako zahtevna, da prav na tem principu temeljijo najbolj razširjeni in priročni postopki današnje kriptografije.

Ali prihod kvantnih računalnikov torej naznanja dobo, ko bo promet informacij na spletu povsem nezaščiten? To se zagotovo ne bo zgodilo. »Predvsem bi prihod kvantnih računalnikov porušil najbolj uveljavljene postopke, ki jih danes uporabljamo za enkripcijo in za varno komuniciranje prek interneta ali pri bančnih transakcijah. Obstajajo tudi drugačni varni postopki, ki pa niso tako praktični. To bi bila verjetno glavna težava«, pojasnjuje doc. dr. Rok Žitko z Inštituta Jožefa Stefana.

Nove možnosti varovanja podatkov že ponujajo tudi kvantne tehnologije. Če za sam prenos ključev, s katerimi kodiramo podatke, uporabimo kvantne principe, smo lahko povsem prepričani, da je prenos informacij varen, saj nam to jamčijo fizikalni zakoni. Kvantna kriptografija bi tako zagotovila primerno varnost za čas po kvantnem računalniku.

»Pri kvantni kriptografiji je kvanten samo en majhen del celotnega postopka, namreč sama izmenjava t. i. varnega ključa med dvema strankama, ki želita varno komunicirati. Izmenjava tega ključa temelji na kvantni fiziki, preostal del postopka pa temelji na dobro znani klasični kriptografiji,« razlaga najpreprostejši pristop k zaščiti podatkov v novih pogojih prof. dr. Marko Žnidarič s Fakultete za matematiko in fiziko.

Kitajci vstopajo v dobo kvantnih satelitov

Seveda pa uveljavljanje kvantne kriptografije zahteva tudi izpopolnjeno infrastrukturo. Najbolj intenzivno se je v zadnjih letih v smer varne, na kvantnih zakonih utemeljene komunikacije usmerila Kitajska. Z izstrelitvijo prvega testnega kvantnega satelita v avgustu je storila prvi korak k zagotavljanju povsem varne komunikacije po svetu. Da z grajenjem mreže za kvantno komunikacijo Kitajci mislijo zelo resno, priča tudi to, da ima opremo za poskuse na področju kvantnih komunikacij tudi poizkusni bivalni modul Nebeška palača 2, ki so ga v orbito poslali sredi septembra.

Varna komunikacija prek satelitov v Zemljini orbiti namreč ponuja številne prednosti, izpostavlja dr. Rok Žitko.

Med poizkusi, ki jih bodo opravljali v orbiti, je tudi teleportacija. To večinoma poznamo iz znanstvene fantastike. Kvantna teleportacija pa je nekaj povsem drugega. Ne gre za kakšen transport ljudi ali snovi, ampak se s teleportacijo prenaša samo kvantno stanje kvantnih delcev. Je pa kvantna teleportacija nadvse uporabna pri kvantni komunikaciji.

Kvantna revolucija predvsem v znanosti

Poleg določenih sprememb v načinih zaščite podatkov na svetovnem spletu bi kvantni računalnik pravzaprav največje spremembe prinesel v znanosti. Ena njegovih ključnih prednostih je namreč ta, da lahko z njim simuliramo kvantne sisteme, kar bi prineslo hiter napredek na številnih področjih, posledice teh novih odkritij pa bi mnogo bolj preoblikovale sodobno družbo kot sami kvantni računalniki kot taki.