Komputery kwantowe potrafią liczyć szybciej niż klasyczne maszyny. To może zmienić świat technologii

Komputery kwantowe nie są już tylko teorią. W wybranych zadaniach potrafią być setki, tysiące, a nawet niewyobrażalnie szybsze

Komputery kwantowe nie są następcą laptopów ani pecetów. Nie chodzi o to, że otworzą Excela szybciej albo uruchomią grę z większą liczbą FPS. Ich przewaga pojawia się w bardzo konkretnych klasach problemów: symulacjach układów kwantowych, wybranych zadaniach optymalizacyjnych, części obliczeń chemicznych i w teorii także w łamaniu niektórych metod kryptografii. W tych wąskich zastosowaniach różnica nie jest kosmetyczna. Bywa liczona w setkach razy, tysiącach razy, a w benchmarkach laboratoryjnych nawet w skalach praktycznie niewyobrażalnych.

Powód jest prosty. Zwykły komputer operuje na bitach, czyli stanach 0 albo 1. Komputer kwantowy używa kubitów, które dzięki superpozycji i splątaniu mogą reprezentować znacznie bogatszą przestrzeń stanów. Już w eksperymencie Google z 2019 roku 53-kubitowy procesor Sycamore pracował na przestrzeni stanu równej 2 do potęgi 53, czyli około 10 do potęgi 16 możliwych konfiguracji. To nie oznacza automatycznie przewagi we wszystkim, ale pokazuje, skąd bierze się potencjał tej architektury.

Najgłośniejszy punkt zwrotny przyszedł w październiku 2019 roku. Google opublikował wynik, według którego Sycamore wykonał zadanie random circuit sampling w około 200 sekund, generując milion próbek z obwodu kwantowego. Zespół oszacował wtedy, że klasyczny superkomputer potrzebowałby na to około 10 000 lat. Sam procesor pracował na 53 kubitach, a badanie było pierwszym tak szeroko nagłośnionym pokazem tzw. quantum supremacy dla konkretnego, sztucznie dobranego benchmarku.

Tu jednak zaczyna się ważny niuans. IBM niemal od razu zakwestionował skalę tej przewagi. Firma argumentowała, że ten sam eksperyment można zasymulować klasycznie nie w 10 000 lat, lecz w około 2,5 dnia, jeśli uwzględni się nie tylko RAM, ale też pamięć dyskową i odpowiednie techniki optymalizacji. IBM przypomniał też, że mowa była o obwodzie o głębokości 20, z 430 bramkami dwukubitowymi i 1113 bramkami jednokubitowymi, przy przewidywanej całkowitej wierności około 0,2%. Nawet przy interpretacji IBM przewaga nie znikała: 200 sekund kontra 2,5 dnia to nadal około 1080 razy szybciej. Zmienia się jednak skala narracji — z miliardów razy na około tysiąc razy, co w technologiach przełomowych robi ogromną różnicę.

Jeszcze bardziej efektowny był komunikat Google z grudnia 2024 roku dotyczący układu Willow. Google podał, że nowy chip wykonał benchmark w czasie poniżej 5 minut, podczas gdy jeden z najszybszych współczesnych superkomputerów potrzebowałby na to około 10 septylionów lat, czyli 10 do potęgi 25 lat. Ta liczba robi ogromne wrażenie, ale znów trzeba zachować chłodną głowę: to był specjalistyczny benchmark zaprojektowany do mierzenia granicy możliwości obliczeń kwantowych, a nie test użyteczności w realnych codziennych zastosowaniach.

Znacznie ważniejsze od samego efektu wow było coś innego: Willow pokazał postęp w korekcji błędów. Google opisał dwa układy działające poniżej progu błędów. W większym, 101-kubitowym logicznym rejestrze typu distance-7 uzyskano logiczny błąd na poziomie 0,143% na cykl korekcji, a trwałość pamięci logicznej była 2,4 razy większa niż trwałość najlepszego pojedynczego kubitu fizycznego. Zespół raportował też średnie opóźnienie dekodera równe 63 mikrosekundy przy czasie pojedynczego cyklu 1,1 mikrosekundy. To nie brzmi tak medialnie jak 10 septylionów lat, ale właśnie takie liczby są dziś ważniejsze, bo pokazują, że sprzęt staje się mniej kruchy i bardziej użyteczny.

Kolejny krok Google ogłosił w październiku 2025 roku. Algorytm Quantum Echoes, uruchomiony na Willow, miał według firmy osiągnąć 13 000 razy wyższą szybkość niż najlepszy klasyczny algorytm uruchomiony na jednym z najszybszych superkomputerów świata. Tym razem nie chodziło już o czysto pokazowy benchmark, ale o weryfikowalny algorytm związany z badaniem struktury układów w naturze. Google wskazał, że metoda może być użyteczna przy analizie cząsteczek, magnesów i nawet modeli związanych z fizyką czarnych dziur, a w eksperymencie typu proof-of-principle zastosowano ją do dwóch cząsteczek: jednej z 15 atomami i drugiej z 28 atomami. To jeden z pierwszych sygnałów, że przewaga kwantowa zaczyna przesuwać się z efektownych testów w stronę zastosowań naukowych, które da się sensownie zweryfikować.

To jednak nie znaczy, że komputer kwantowy zawsze wygrywa. Wyszukiwanie nieuporządkowanych danych przez algorytm Grovera daje tylko kwadratowe przyspieszenie, a nie przewagę wykładniczą. Klasycznie potrzeba średnio około połowy N zapytań, a w wersji kwantowej około liczby proporcjonalnej do pierwiastka z N. To dużo, ale nie jest to magiczne wszystko przyspiesza o milion razy. Właśnie dlatego najbardziej uczciwe zdanie o komputerach kwantowych brzmi dziś tak: są wybitne w niektórych problemach, przeciętne lub bezużyteczne w innych.

Najbardziej praktyczny wymiar tej technologii widać dziś w bezpieczeństwie. NIST już w 2024 roku sfinalizował pierwsze standardy kryptografii postkwantowej, bo wystarczająco dojrzały komputer kwantowy mógłby łamać obecne systemy oparte na RSA i kryptografii krzywych eliptycznych. Sama skala zagrożenia też stała się bardziej konkretna. W 2021 roku szacunek Google mówił o 20 milionach zaszumionych kubitów potrzebnych do rozłożenia RSA-2048 w 8 godzin. W 2025 roku Craig Gidney z Google obniżył ten szacunek do mniej niż miliona zaszumionych kubitów i czasu krótszego niż tydzień, przy założeniu błędu bramki 0,1%, czasu cyklu powierzchniowego 1 mikrosekunda i czasu reakcji układu sterowania 10 mikrosekund. To nadal daleko od dzisiejszego sprzętu, bo obecne maszyny z odpowiednio niskimi błędami mają rząd wielkości 100–1000 kubitów, ale trend jest jasny: wymagania maleją szybciej, niż jeszcze niedawno zakładano.

Z punktu widzenia realnych zastosowań najbardziej sensowne obszary są dziś cztery.

Najuczciwszy wniosek jest więc prosty. Komputery kwantowe nadal nie są urządzeniami uniwersalnymi. Nie zastąpią pecetów, serwerów i smartfonów. Ale nie są też już wyłącznie teorią. W 2019 roku pokazały przewagę w sztucznym benchmarku, w 2024 roku zrobiły ważny krok w korekcji błędów, a w 2025 roku zaczęły demonstrować weryfikowalną przewagę algorytmiczną w zadaniach bliższych nauce niż marketingowi. Jeśli ten trend się utrzyma, to w najbliższych latach nie zobaczymy kwantowego laptopa, lecz raczej wyspecjalizowane maszyny do problemów, z którymi klasyczne superkomputery radzą sobie zbyt wolno albo zbyt drogo. I właśnie dlatego komputery kwantowe są dziś jedną z najbardziej fascynujących technologii całej informatyki.