Czy kubity kwantowe są przereklamowane? Debata na temat fizyki racjonalnej

Komputery kwantowe to jednocześnie najbardziej obiecujący i najbardziej zagadkowy segment innowacji w informatyce. Z jednej strony, komputery kwantowe obiecują wykonywanie obliczeń, które w innym przypadku byłyby całkowicie niemożliwe, a czasami zdają się łamać wszelkie zasady i ograniczenia zwykłych komputerów.

Z drugiej strony, ich budowa i skalowanie mocy obliczeniowej do użytecznego poziomu są niezwykle trudne. Wciąż wiele nie rozumiemy w fizyce kwantowej, co sprawia, że ​​koncepcja komputerów kwantowych jest podatna na nieoczekiwane niespodzianki. Na przykład, prawidłowa teoria grawitacji kwantowej pozostaje nieuchwytna od dziesięcioleci, co potencjalnie wskazuje na głęboką wadę naszego rozumienia mechaniki kwantowej.

Ta ostatnia koncepcja, dotycząca fundamentalnych ograniczeń zaczerpniętych z fizyki kwantowej, została niedawno szerzej rozwinięta przez Tima Palmera, badacza z Uniwersytetu Oksfordzkiego, najbardziej znanego ze swojej pracy nad teorią chaosu i klimatem.

Uważa on, że podstawowe właściwości matematyczne przestrzeni kwantowej mogą ograniczać faktyczne możliwości komputerów kwantowych w znacznie większym stopniu, niż dotychczas sądzono.

Opublikował swoje badanie w prestiżowym czasopiśmie naukowym PNAS¹, pod tytułem "Racjonalna mechanika kwantowa: testowanie teorii kwantowej za pomocą komputerów kwantowych".

Zrozumieć szum wokół komputerów kwantowych: Jak działają komputery kwantowe?

Zanim omówimy pomysł profesora Palmera, warto zrozumieć, co sprawia, że ​​komputery kwantowe są wyjątkowe.

Kluczową kwestią jest to, że zamiast „dyskretnych” bitów o wartościach 1 i 0, jak w normalnym komputerze, kubity komputerów kwantowych wykazują superpozycję kwantową i splątanie kwantowe.

Mówiąc w uproszczeniu, oznacza to, że każdy kubit może jednocześnie przechowywać bardziej złożone informacje, co ułatwia wykonywanie obliczeń z wykorzystaniem złożonych macierzy matematycznych.

W przypadku złożonego zestawu danych o wielu możliwych wartościach dla każdego punktu danych, takiego jak wartości spinu elektronów lub atomów w układzie scalonym lub elektrodzie baterii, komputery kwantowe mogą sobie poradzić ze wzrastającą złożonością, a każdy dodany kubit wykładniczo zwiększa wydajność.

Z kolei normalny komputer dodaje tylko jedną nową pojemność na raz, jeden nowy bit na raz, więc obliczenia, które stają się wykładniczo bardziej złożone za każdym razem, gdy dodawany jest nowy punkt danych, szybko stają się niemożliwe do wykonania, a szybko rosnąca złożoność przytłacza pojemność nawet najlepszego normalnego superkomputera.

Przynajmniej taka jest teoria, poparta głównymi koncepcjami działania klasycznej fizyki kwantowej. Jednak prof. Palmer twierdzi, że tak nie jest.

Mechanika kwantowa kontra racjonalna fizyka kwantowa (RaQM)

Czym jest przestrzeń Hilberta? Struktura mocy kwantowej

„Główne” koncepcje fizyki kwantowej są zazwyczaj grupowane pod terminem „mechanika kwantowa” (QM) i opisują złożone, często sprzeczne z intuicją zjawiska zachodzące w skali kwantowej.

Kluczowym elementem związanym z komputerami kwantowymi jest idea Przestrzeń HilbertaKoncepcja ta rozszerza znaną przestrzeń 2D lub 3D do dowolnej liczby wymiarów i tworzy matematyczne ramy, na których opiera się większość fizyki kwantowej.

„Przestrzeń Hilberta to koncepcja matematyczna w geometrii liniowej, która definiuje przestrzeń nieskończenie wymiarową. Innymi słowy, wykorzystuje ona koncepcje geometryczne ograniczone do przestrzeni dwu- i trójwymiarowych i rozszerza je tak, aby można je było stosować w nieskończonej liczbie wymiarów”.

Ponieważ jest to fundamentalne narzędzie fizyki kwantowej, rzadko jest kwestionowane. I z pewnością jest to „prawdziwa” idea w ogólności, ponieważ umożliwiła realizację większości przewidywań fizyki kwantowej potwierdzonych eksperymentalnie.

„Przestrzenie Hilberta mają kluczowe znaczenie w dziedzinach takich jak mechanika kwantowa, gdzie stanowią matematyczne ramy do zrozumienia zachowania cząstek w skali mikroskopowej. Obejmuje to zastosowania w rozwiązywaniu złożonych równań, takich jak równanie Schrödingera, które opisuje ewolucję układów kwantowych w czasie”.

W klasycznej interpretacji liczba wymiarów w przestrzeni Hilberta rośnie wykładniczo wraz z liczbą kubitów używanych przez komputer kwantowy. Interpretacja ta opiera się całkowicie na kontinuum przestrzeni Hilberta, co jest ideą, którą kwestionuje Pr. Palmer.

Racjonalna fizyka kwantowa: wyzwanie dla kontinuum

Teoria opublikowana przez fizyka z Oksfordu podważa tezę, że przestrzeń Hilberta rzeczywiście działa w ten sposób, i wskazuje na nieuchwytność grawitacji kwantowej jako wskazówkę, że tak może być. Swoją teorię nazywa „racjonalną mechaniką kwantową” (RaQM).

„Wprowadzamy teorię fizyki kwantowej opartą na założeniu, że ciągła natura przestrzeni stanów mechaniki kwantowej przybliża coś z natury dyskretnego, i twierdzimy, że przyczyną tej dyskretności jest grawitacja”.

Pomysł polega na tym, że przestrzeń Hilberta jest rzeczywiście ziarnista, ale ma niezwykle małą przestrzeń, ponieważ grawitacja jest bardzo słaba w porównaniu z innymi fundamentalnymi siłami fizycznymi. Rozwinął te idee w towarzyszącej publikacji naukowej.² pod tytulem "Rozwiązywanie tajemnic mechaniki kwantowej: Dlaczego natura nie znosi kontinuum".

Nie wnikając w szczegóły matematyczne, przyjmuje się, że stan kwantowy jest zdefiniowany jedynie w odniesieniu do pewnych „racjonalnych” obserwabli. Prowadzi to do nieco innego rozumienia liczb zespolonych, takich jak liczba urojona √(-1) czy tzw. kwaterniony, co pozwala na realistyczną interpretację stanu kwantowego w RaQM w porównaniu z QM.

Albo jak twierdzi Pr. Palmer, jego teoria usuwa niektóre słynne paradoksy fizyki kwantowej, jak choćby kota Schrödingera.

„W RaQM koty nie są już jednocześnie żywe i martwe”.

Pułap 1,000 kubitów: praktyczne implikacje na przyszłość

Istotnym elementem założeń ultrawydajnych komputerów kwantowych jest to, że dodawanie kolejnych kubitów dodaje więcej „wymiarów” do rozwiązania problemu matematycznego. Założenie to opiera się na idei nieskończonego „zasobu nowej pamięci danych” (wymiarów) według Hilbert Space w miarę dodawania kolejnych kubitów do systemu.

Pomysł prof. Palmera miałby zatem poważne implikacje dla komputerów kwantowych.

Jeśli to prawda, ilość informacji w stanie kwantowym rośnie liniowo wraz z liczbą kubitów, a nie wykładniczo, jak wcześniej sądzono, co w zasadzie podważa podstawowe założenia komputerów kwantowych.

„Powyżej krytycznej liczby splątanych kubitów, w stanie kwantowym po prostu nie ma wystarczającej ilości informacji, aby przypisać choćby jeden bit informacji do każdego wymiaru przestrzeni Hilberta. Kiedy to nastąpi, algorytmy kwantowe wykorzystujące całą przestrzeń Hilberta stracą kwantową przewagę nad algorytmami klasycznymi”.

W artykule oszacowano, że próg ten może zostać osiągnięty, gdy komputery kwantowe przekroczą liczbę od kilkuset do 1,000 kubitów z korekcją błędów.

Należy zauważyć, że jest to wartość znacznie poniżej oczekiwanego progu wymaganego do złamania ważnych poziomów szyfrowania, na przykład do złamania 2048-bitowego klucza RSA potrzeba 4,099 kubitów algorytm faktoryzacji shora, algorytm kwantowy jest tym, który najprawdopodobniej będzie przydatny w praktyce.

Jeśli prof. Palmer ma rację, może to oznaczać, że szyfrowanie na zawsze pozostanie niedostępne dla komputerów kwantowych w ich dzisiejszej postaci.

Ponieważ wiele prototypów komputerów kwantowych zbliża się do tego limitu, niezależnie od tego, czy są to komputery stacjonarne, czy też nie, poprzez networking, prawdopodobnie wkrótce dowiemy się, czy ta koncepcja jest prawdziwa.

„Metoda kwantowa sprostała wszystkim wyzwaniom eksperymentalnym, jakie przed nią postawiono, dlatego w artykule proponuję eksperyment, który – jeśli wierzyć planom rozwoju technologii kwantowej – mógłby zostać przeprowadzony za kilka lat i posłużyć do porównania metody RaQM z metodą kwantową”.

Koncepcja ta mogłaby mieć również poważne konsekwencje dla fizyki kwantowej, jeśli okaże się prawdziwa, wykraczające daleko poza ograniczenie potencjału komputerów kwantowych. Co samo w sobie mogłoby uczynić komputery kwantowe bardzo ważnymi, nawet jeśli ich praktyczne zastosowania są bardziej ograniczone, niż wcześniej sądzono.

„Jeśli komputery kwantowe umożliwią przeprowadzenie eksperymentów nie tylko w celu znalezienia teorii będącej następcą mechaniki kwantowej, ale, co ważniejsze, w celu znalezienia teorii, która syntetyzuje fizykę kwantową i grawitacyjną, będzie to z pewnością niezwykle dobry wynik całej pracy włożonej w informatykę kwantową na przestrzeni lat”.

Wnioski dotyczące strategicznych inwestycji: zarządzanie ryzykiem kwantowym

Ta nowa koncepcja jest daleka od udowodnienia i w rzeczywistości radykalnie odbiega od konsensusu fizyków na temat mechaniki kwantowej. Jest to więc na razie tylko bardzo interesująca, ale nieudowodniona teoria, istniejąca wyłącznie w matematyce teoretycznej.

Powinni jednak zwrócić na to uwagę inwestorzy inwestujący w akcje spółek zajmujących się komputerami kwantowymi, gdyż przypomina nam to, że fizyka kwantowa nie jest jeszcze w pełni poznana i kryje w sobie potencjał zarówno zaskakujących nowych możliwości, jak i ograniczeń w jej praktycznych zastosowaniach.

Kolejnym elementem jest to, że jeśli szyfrowanie jest trwale bezpieczne przed komputerami kwantowymi, to samo dotyczy Bitcoina, który ostatnio ucierpiał z powodu narracji wkrótce „złamane” przez postęp w dziedzinie komputerów kwantowych, temat, który poruszyliśmy również w „Audyt inwestycyjny po erze kwantowej: 10 najlepszych akcji na rok 2026".

Dlatego sensowne byłoby zrównoważenie obu ryzyk:

• Jeśli komputery kwantowe osiągną maksymalny próg 1,000+ kubitów, Bitcoin będzie bezpieczny, a narracja, która spowodowała spadek ceny Bitcoina, straci na znaczeniu.
• Jeśli Pr. Palmer się myli, komputery kwantowe rzeczywiście mogą zagrozić portfelowi kryptowalut związanemu z Bitcoinem, ale będą również w stanie wykonywać trudne do wyobrażenia cuda obliczeń, zarówno w zakresie szyfrowania, jak i głębszego zrozumienia świata materialnego.

Dlatego portfel łączący akcje firm z branży komputerów kwantowych i kryptowaluty prawdopodobnie najlepiej zabezpieczy przed obydwoma scenariuszami.

W przypadku inwestycji w komputery kwantowe możesz skonsultować się z nasz raport inwestycyjny dotyczący firmy Honeywell i jej spółki zależnej zajmującej się komputerami kwantowymi, Quantiniumlub nasz artykuł „5 najlepszych firm zajmujących się komputerami kwantowymi w 2025 r.".

Referencje:

<sup>1. Tim Palmer. Racjonalna mechanika kwantowa: testowanie teorii kwantowej za pomocą komputerów kwantowych. PNAS. 123 (12) e2523350123. 16 marca 2026 r. https://doi.org/10.1073/pnas.2523350123
2. Tim Palmer. Rozwiązywanie tajemnic mechaniki kwantowej: Dlaczego natura nie znosi kontinuum. Materiały z posiedzenia Królewskiego Towarzystwa. Luty 18, 2026. https://arxiv.org/abs/2602.16382</sup>