Sztuczna inteligencja · Artykuł
Komputery kwantowe wyjaśnione: jak działają kubity i dlaczego to ma znaczenie teraz
Opublikowano:

W skrócie
Komputery kwantowe używają kubitów, które mogą jednocześnie zawierać kombinacje 0 i 1, pozwalając im badać wiele możliwości równolegle dla konkretnych problemów. Zarówno Google, jak i IBM zgłosiły kamienie milowe 2025–2026, które przesuwają technologię z demonstracji laboratoryjnych w kierunku praktycznego użytku, a NIST już wydał standardy szyfrowania, aby przygotować się na ryzyko, które komputery kwantowe mogą stanowić dla dzisiejszej kryptografii.
Ta wersja jest tłumaczeniem maszynowym oryginału (English). Przeczytaj oryginał
Klasyczny komputer przechowuje informacje w bitach, które są albo 0, albo 1, jak przełącznik, który jest włączony lub wyłączony. Komputer kwantowy natomiast używa kubitów, które mogą reprezentować 0, 1 lub ważoną kombinację obu jednocześnie, zgodnie z oficjalnym objaśnieniem IBM na temat obliczeń kwantowych. Ta właściwość, zwana superpozycją, jest jednym z powodów, dla których maszyny kwantowe mogą badać wiele możliwych odpowiedzi na określone problemy jednocześnie, zamiast jeden po drugim.
Fizyka za maszyną
IBM identyfikuje cztery efekty mechaniki kwantowej, które umożliwiają obliczenia kwantowe: superpozycję, splątanie, interferencję i dekoherencję. Splątanie łączy kubity w taki sposób, że pomiar jednego ujawnia informacje o drugim, nawet gdy oba są fizycznie rozdzielone. Interferencja pozwala obwodowi kwantowemu wzmocnić prawidłowe odpowiedzi i wyeliminować błędne, w taki sam sposób, w jaki pokrywające się fale mogą się wzmacniać lub znosiać. Dekoherencja to efekt odwrotny — stany kwantowe zapadają w zwykłe klasyczne wartości — i jest główną przeszkodą, którą inżynierowie muszą tłumić, aby utrzymać przydatny procesor kwantowy, według IBM.
Kubity można zbudować z kilku systemów fizycznych, w tym obwodów nadprzewodzących chłodzonych do temperatury bliskiej zeru absolutnemu, jonów uwięzionych, kropek kwantowych i fotonów. Własne procesory kwantowe IBM polegają na obwodach nadprzewodzących, ponieważ można je wytwarzać i kontrolować za pomocą istniejących technik produkcji mikroukładów, według IBM.
Weryfikowalny postęp: chip Willow od Google
22 października 2025 r. Google ogłosił, że jego 105-kubitowy procesor Willow uzyskał to, co firma nazwała pierwszą weryfikowalną przewagą kwantową, używając algorytmu, który nazwał Quantum Echoes, według oficjalnego bloga Google. Algorytm wysyła sygnał do zestawu kubitów, zaburza jeden z nich, a następnie odwraca ewolucję sygnału, aby nasłuchać wzmocnionego "echa" stworzonego przez konstruktywną interferencję.
Google poinformował, że Quantum Echoes uruchamiał się 13 000 razy szybciej na Willow niż najlepszy znany klasyczny algorytm uruchomiony na jednym z najszybszych superkomputerów na świecie. Firma podkreśliła, że w przeciwieństwie do swojego twierdzenia o supremacji kwantowej z 2019 r., wynik ten jest "weryfikowalny" — może być powtórzony na porównywalnym sprzęcie kwantowym i zweryfikowany, zamiast polegać na zadaniu próbkowania bez niezależnego sposobu potwierdzenia wyniku.
Pracując z badaczami z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, Google użył algorytmu do badania sygnałów jądrowego rezonansu magnetycznego (NMR) z cząsteczek zawierających 15 i 28 atomów, wskazując na możliwe przyszłe zastosowania w odkrywaniu leków, materiałach baterii i projektowaniu nowych kubitów, według tego samego ogłoszenia Google.
Ścieżka IBM od "użyteczności" do odporności na błędy
IBM rozróżnia kilka etapów postępu. Firma mówi, że osiągnęła "użyteczność kwantową" w 2023 r., co oznacza, że jej procesory kwantowe mogły przewyższyć klasyczne metody przybliżenia dla określonych zadań. IBM stwierdził, że oczekuje osiągnięcia "przewagi kwantowej" — przewyższenia wszystkich znanych metod klasycznych na praktycznym problemie — do końca 2026 r., zgodnie z własnym przeglądem IBM dotyczącym obliczeń kwantowych.
Poza tym IBM opublikował mapę drogową w kierunku tolerancyjnych na błędy obliczeń kwantowych, gdzie błędy są wykrywane i korygowane, zanim uszkodzą obliczenia. Mapa drogowa opisuje chip o nazwie Quantum Loon wydany w 2025 r. z dodaną łącznością kubitów dla eksperymentów proof-of-concept w kierunku kodów qLDPC o wysokim wskaźniku, moduł o nazwie Quantum Kookaburra planowany na 2026 r., który przechowuje informacje przy użyciu pamięci kwantowej o niskiej gęstości parzystości (qLDPC), oraz system o nazwie Starling ukierunkowany na 2029 r., który IBM mówi, powinien uruchamiać 100 milionów bramek kwantowych na 200 logicznych kubitach. Podejście IBM do korekcji błędów wykorzystuje to, co określa "dwuwymiarowe kody rowerów", w tym "kod brutto [[144,12,12]]", który firma mówi, wymaga około dziesięć razy mniej kubitów fizycznych niż wcześniejsze metody kodu powierzchniowego, aby osiągnąć taką samą ochronę przed błędami.
Dlaczego szyfrowanie jest już przepisywane
Komputery kwantowe mają znaczenie poza laboratorium ze względu na algorytm Shora, metodę matematyczną opublikowaną przez Petera Shora w 1994 r., pokazującą, że wystarczająco potężny komputer kwantowy mógłby rozkładać duże liczby na czynniki — i dlatego łamać powszechnie stosowane szyfrowanie w stylu RSA — znacznie szybciej niż jakikolwiek klasyczny komputer, jak zauważa przegląd IBM.
To ryzyko nie jest hipotetyczne dla organów standaryzacyjnych. 13 sierpnia 2024 r. Narodowy Instytut Stanów Zjednoczonych do Spraw Standardów i Technologii (NIST) sfinalizował swoje pierwsze trzy standardy szyfrowania postkwantowego: FIPS 203 (ML-KEM) do ogólnego szyfrowania oraz FIPS 204 (ML-DSA) i FIPS 205 (SLH-DSA) do podpisów cyfrowych, zgodnie z oficjalnym ogłoszeniem NIST. Matematyk NIST Dustin Moody powiedział, że organizacje powinny "natychmiast zacząć integrować je z ich systemami, ponieważ pełna integracja zajmie czas".
| Kamień milowy | Data / Cel | Szczegóły | Źródło |
|---|---|---|---|
| Użyteczność kwantowa (IBM) | 2023 | Procesory IBM przewyższają klasyczne metody przybliżenia dla określonych zadań | IBM |
| Weryfikowalny postęp Willow (Google) | 22 października 2025 | Algorytm Quantum Echoes 13 000 razy szybciej niż najlepsza metoda klasyczna na chipie 105-kubitowym | |
| Pierwsze standardy NIST PQC sfinalizowane | 13 sierpnia 2024 | FIPS 203, 204, 205 opublikowane w celu odporności na deszyfrowanie wspomagane kwantem | NIST |
| Cel przewagi kwantowej IBM | Koniec 2026 (prognoza) | Przewyższenie wszystkich znanych metod klasycznych na praktycznym problemie | IBM |
| System tolerancyjny na błędy IBM Starling | 2029 (prognoza) | Ukierunkowany na 100 milionów bramek kwantowych na 200 logicznych kubitach | IBM |
Czym komputery kwantowe nie są
Materiały IBM podkreślają, że komputery kwantowe nie są po prostu szybszymi wersjami zwykłych komputerów; są odpowiednie dla określonych klas problemów — takich jak symulacja cząsteczek, reakcje chemiczne i określone zadania optymalizacyjne lub uczenia maszynowego — gdzie liczba zmiennych oddziałujących na siebie staje się zbyt duża dla klasycznych komputerów do efektywnego śledzenia. W przypadku codziennych zadań, takich jak przetwarzanie tekstu lub przeglądanie Internetu, komputery klasyczne pozostają znacznie bardziej praktyczne.
Pytania
- Co to jest kubit?
- Kubit jest podstawową jednostką informacji w komputerze kwantowym. W przeciwieństwie do klasycznego bitu, który jest ściśle 0 lub 1, kubit może reprezentować 0, 1 lub ważoną kombinację obu jednocześnie, właściwość zwana superpozycją, zgodnie z IBM.
- Co dokładnie osiągnął chip Willow od Google?
- 22 października 2025 r. Google powiedział, że jego 105-kubitowy procesor Willow uruchomił algorytm o nazwie Quantum Echoes 13 000 razy szybciej niż najlepszy znany algorytm klasyczny na najlepszym superkomputerze i że wynik może być niezależnie weryfikowany poprzez powtórzenie na porównywalnym sprzęcie kwantowym, według ogłoszenia Google.
- Czy komputery kwantowe mogą złamać dzisiejszą kryptografię?
- Wystarczająco potężny komputer kwantowy uruchamiający algorytm Shora mógłby złamać powszechnie stosowane szyfrowanie w stylu RSA, dlatego NIST sfinalizował nowe standardy szyfrowania postkwantowego (FIPS 203, 204, 205) w sierpniu 2024 r., aby zastąpić podatne metody, zanim taka maszyna istnieje.
- Kiedy komputery kwantowe będą przydatne do codziennych zadań?
- IBM mówi, że osiągnęła "użyteczność kwantową" w 2023 r. dla wąskich zadań i projektuje "przewagę kwantową" — przewyższenie wszystkich znanych metod klasycznych na praktycznym problemie — do końca 2026 r., z systemami tolerancyjnymi na błędy ukierunkowanymi na około 2029 r.
- Czy komputery kwantowe zamienią zwykłe komputery?
- Nie. Własne materiały IBM opisują komputery kwantowe jako odpowiednie dla konkretnych problemów, takich jak symulacja cząsteczek i optymalizacja, podczas gdy komputery klasyczne pozostają bardziej praktyczne dla codziennych zadań obliczeniowych.
Źródła
Ten tekst przygotowała sztuczna inteligencja, a przed publikacją przeszedł automatyczną kontrolę źródeł. Jeśli widzisz błąd, poproś o sprostowanie. Poproś o sprostowanie lub odpowiedź · Jak to robimy
Powiązane

Sztuczna inteligencjaArtykuł
Jak sieci neuronowe się uczą: matematyka za ChatGPT i Gemini
Sieci neuronowe uczą się poprzez dokonanie przewidywania, zmierzenie, jak bardzo było ono błędne za pomocą funkcji straty, a następnie dostosowanie wewnętrznych wartości zwanych wagami wstecz przez sieć — proces zwany propagacją wsteczną w połączeniu z metodą optymalizacji zwaną spadkiem gradientowym. Ta sama mechanika, skalowana do miliardów parametrów, leży u podstaw tego, jak systemy takie jak ChatGPT i Gemini są najpierw trenowane, a następnie dostosowywane do określonych zadań poprzez dostrajanie.

Sztuczna inteligencjaArtykuł
Jak AI generuje sztukę i muzykę oraz dlaczego "prawdziwa kreatywność" pozostaje sporna
Narzędzia do generowania obrazów oparte na sztucznej inteligencji, takie jak Midjourney i Stable Diffusion, budują obrazy, ucząc się odwracać proces dodawania szumu, podczas gdy narzędzia muzyczne, takie jak Suno i Udio, kompresują dźwięk na tokeny i przewidują je krok po kroku, kierując się monitem tekstowym. To, czy którykolwiek z tych procesów liczy się za prawdziwą kreatywność, pozostaje nierozstrzygnięte: badacze są podzieleni między określaniem tego jako opartego na wzorcach "remixowania" a przyznawaniem mu mierzalnych osiągnięć kreatywnych.
Sztuczna inteligencjaArtykuł
Dlaczego Moonshot Celowo Osłabił Umiejętności Hakowania Swojego Nowego Modelu AI Kimi
Chińskie laboratorium AI Moonshot oświadczyło, że usunęło dane związane z cyberatakami ze swojego nowego modelu Kimi K3.1 Pro o otwartych wagach, aby system nie przesuwał "granicy" możliwości ataku hakerskiego. Ruch, ogłoszony w sobotę, 24 października 2026 roku, następuje w obliczu ostrzeżeń rządów i badaczy bezpieczeństwa, że coraz bardziej zaawansowana sztuczna inteligencja mogłaby sprawić, że wyrafinowane cyberataki będą tańsze i łatwiejsze do przeprowadzenia.
Sztuczna inteligencjaArtykuł
Jak działają detektory tekstu AI, wyjaśnione na przykładzie sporu o nagrodzonym powieści
Detektory tekstu AI nie dowodzą, kto coś napisał; szacują prawdopodobieństwo poprzez pomiar wzorców statystycznych, takich jak przewidywalność słów i zmienność długości zdań. Niedawno detektor o nazwie Pangram 4.1 przypisał 99% nagrodznej powieści w języku hiszpańskim wartej €20 000 sztucznej inteligencji, co skłoniło wydawcę do wstrzymania promocyjnych imprez w celu zbadania sprawy.