Pentru soția mea iubitoare, Shizue, și fiicele mele,

dr. Michelle Kaku și Alyson Kaku

Partea I

Ascensiunea computerelor cuantice

Capitolul 1

Sfârșitul erei siliciului

Se apropie o revoluție.

În 2019 și 2020, două bombe au zguduit lumea științei. Două grupuri au anunțat că au atins supremația cuantică, legendarul punct în care un tip cu totul nou de calculator, numit computer cuantic, ar putea depăși decisiv un supercomputer digital obișnuit în sarcini specifice. Acest lucru a anunțat o perturbare care poate schimba întregul peisaj informatic și poate bulversa fiecare aspect al vieții noastre de zi cu zi.

Mai întâi, Google a dezvăluit că Sycamore, computerul său cuantic, ar putea rezolva în 200 de secunde o problemă matematică a cărei rezolvare i-ar lua 10 000 de ani celui mai rapid supercomputer din lume. Potrivit publicației MIT’s Technology Review, Google a numit acest lucru o descoperire majoră. Ei au comparat-o cu lansarea Sputnik sau cu primul zbor al fraților Wright. A fost „pragul unei noi ere a mașinilor care ar face cel mai puternic computer de astăzi să pară un abac“1.

Apoi, Institutul de Inovare Cuantică din cadrul Acade­miei Chineze de Științe a mers și mai departe. Chinezii au afirmat că au realizat un computer cuantic de 100 de miliarde de ori mai rapid decât un supercomputer obișnuit.

Vicepreședintele IBM, Bob Sutor, comentând ascensiunea fulgerătoare a computerelor cuantice, a declarat categoric: „Cred că va fi cea mai importantă tehnologie de calcul din acest secol“.2

Computerul cuantic a fost numit „calculatorul suprem“, un salt decisiv în tehnologie cu implicații profunde pentru întreaga lume. În loc să efectueze calcule pe tranzistori minusculi, acestea calculează pe cel mai mic obiect posibil — atomii înșiși — și, prin urmare, pot depăși cu ușurință puterea celui mai mare supercomputer al nostru. Calculatoarele cuantice ar putea deschide o eră complet nouă pentru economie, societate și modul nostru de viață.

Dar calculatorul cuantic este mai mult decât un simplu calculator puternic. El reprezintă un nou tip de computer care poate aborda probleme pe care computerele digitale nu le pot rezolva niciodată, nici măcar într-un interval infinit. De exemplu, computerele digitale nu vor putea niciodată să calculeze cu exactitate modul în care atomii se combină pentru a crea reacții chimice cruciale, în special pe cele care fac posibilă viața. Calculatoarele digitale pot calcula doar pe bandă digitală, formată din serii de 0 și 1, iar acestea sunt prea rudimentare pentru a descrie undele electronice delicate care dansează în adâncul unei molecule. De exemplu, când calculează anevoios traseele parcurse de un șoarece într-un labirint, un computer digital trebuie să analizeze laborios fiecare traseu posibil, unul după altul. Un computer cuantic, însă, analizează simultan toate căile posibile la un moment dat, cu o viteză fulgerătoare.

Acest lucru a accentuat o rivalitate aprigă între giganții din domeniul informaticii, care se întrec în a crea cel mai puternic computer cuantic din lume. În 2021, IBM și-a prezentat propriul computer cuantic, denumit Eagle, care a preluat conducerea, având o putere de calcul mai mare decât toate modelele anterioare.

Dar recordurile sunt făcute pentru a fi depășite.

Având în vedere implicațiile profunde ale acestei revoluții, nu este surprinzător faptul că multe dintre cele mai importante corporații din lume au investit masiv în această nouă tehnologie. Google, Microsoft, Intel, IBM, Rigetti și Honeywell construiesc, cu toții, prototipuri de calculatoare cuantice. Liderii din Silicon Valley își dau seama că trebuie să țină pasul cu această revoluție, altfel vor fi depășiți cu ușurință.

IBM, Honeywell și Rigetti Computing și-au pus pe internet prima generație de calculatoare cuantice pentru a stârni apetitul unui public curios, astfel încât oamenii să poată avea pentru prima dată acces direct la procesele cuantice de calcul. Se poate experimenta direct această nouă revoluție prin conectarea la un calculator cuantic pe internet. De exemplu, IBM Q Experience, lansat în 2016, pune la dispoziția publicului 15 calculatoare cuantice prin intermediul internetului, gratuit. Samsung și JPMorgan Chase se numără printre acești utilizatori. Deja 2 000 de persoane, de la elevi la profesori, le folosesc în fiecare lună.

Wall Street a manifestat un interes deosebit pentru această tehnologie. IonQ a devenit prima mare companie de calcul cuantic care a fost listată la bursă, obținând 600 de milioane de dolari în cadrul ofertei publice inițiale din 2021. Chiar mai surprinzător, rivalitatea este atât de mare încât un nou start-up, PsiQuantum, fără niciun prototip comercial pe piață sau fără vreun istoric de produse anterioare, a urcat brusc pe Wall Street la o evaluare de 3,1 miliarde de dolari, cu posibilitatea de a obține o finanțare de 665 de milioane de dolari aproape peste noapte. Analiștii de business au scris că rareori au mai văzut așa ceva, o companie nouă care să profite de pe urma valului de speculații febrile și de titluri senzaționale pentru a atinge astfel de culmi.

Firma de consultanță și contabilitate Deloitte estimează că piața computerelor cuantice ar trebui să ajungă la sute de milioane de dolari în anii 2020 și la zeci de miliarde de dolari în anii 2030. Nimeni nu știe când vor intra computerele cuantice pe piața comercială și când vor modifica peisajul economic, dar previziunile sunt revizuite în permanență pentru a ține pasul cu viteza fără precedent a descoperirilor științifice în acest domeniu. Christopher Savoie, CEO al Zapata Computing, spune: „Nu se mai pune problema dacă, ci când“, vorbind despre ascensiunea fulminantă a computerelor cuantice.3

Chiar și Congresul american și-a exprimat interesul pentru a ajuta la demararea acestei noi tehnologii. Realizând că alte națiuni au finanțat deja cu generozitate cercetarea în domeniul computerelor cuantice, în decembrie 2018, Congresul a adoptat Legea privind Inițiativa Cuantică Națională, oferind fonduri de bază care să ajute la inițierea de noi cercetări. Aceasta a impus formarea a două până la cinci noi centre naționale de cercetare în domeniul științei informației cuantice, care vor fi finanțate cu 80 de milioane de dolari anual.

În 2021, guvernul SUA a anunțat, de asemenea, o investiție de 625 de milioane de dolari în tehnologiile cuantice, care va fi supervizată de Departamentul pentru Energie. Corporații gigantice, precum Microsoft, IBM și Lockheed Martin, au contribuit, de asemenea, cu alte 340 de milioane de dolari la acest proiect.

China și SUA nu sunt singurele care folosesc fonduri guvernamentale pentru a accelera această tehnologie. Guvernul britanic construiește în prezent Centrul național de calcul cuantic, care va servi drept centru de cercetare în domeniul calculului cuantic și care va fi construit în laboratorul Harwell al Consiliului pentru instalații științifice și tehnologice din Oxfordshire. Stimulate de guvern, până la sfârșitul anului 2019 au fost înființate în Regatul Unit 30 de start-up-uri în domeniul calculatoarelor cuantice. Analiștii din industrie recunosc că este un pariu de un trilion de dolari. Nu există garanții în acest domeniu extrem de competitiv. În ciuda realizărilor tehnice impresionante obținute de Google și de alte companii în ultima perioadă, vor mai trece mulți ani până la crearea unui computer cuantic funcțional, care să poată rezolva probleme din lumea reală. În fața noastră se află încă o cantitate enormă de muncă asiduă. Unii critici susțin chiar că ar putea fi o goană după himere. Dar companiile de calculatoare își dau seama că, dacă nu-și proptesc un picior în ușă, aceasta li s-ar putea închide în nas. Ivan Ostojic, partener la firma de consultanță McKinsey, a declarat: „Companiile din industriile în care tehnologia cuantică va avea cel mai mare potențial de perturbare completă ar trebui să se implice chiar acum în acest domeniu“.4 Sectoare precum chimia, medicina, petrolul și gazele, transportul, logistica, băncile, industria farmaceutică și securitatea cibernetică sunt pregătite pentru schimbări majore. El a mai spus: „În principiu, tehnologia cuantică va fi relevantă pentru toți directorii IT, deoarece va accelera găsirea de soluții pentru o gamă largă de probleme. Aceste companii trebuie să devină posesoare de competențe cuantice“. Vern Brownell, fostul director executiv al D-Wave Systems, o companie canadiană de calcul cuantic, remarcă: „Credem că ne aflăm chiar pe punctul de a oferi capabilități pe care nu le poți obține cu ajutorul metodelor clasice de calcul“. Mulți oameni de știință consideră că intrăm acum într-o eră cu totul nouă, cu unde de șoc comparabile cu cele create de introducerea tranzistorului și a microcipului. Companiile care nu au legături directe cu producția de computere — precum gigantul auto Daimler, care deține Mercedes-Benz — investesc deja în noua tehnologie, simțind că aceste calculatoare cuantice pot deschide calea pentru noi evoluții în propriile industrii. Julius Marcea, un executiv al rivalului BMW, a declarat: „Suntem încântați să investigăm potențialul de transformare pe care îl au calculatoarele cuantice asupra industriei auto și ne angajăm să extindem limitele performanței inginerești“5. Alte companii mari, precum Volkswagen și Airbus, au înființat propriile divizii de calcul cuantic pentru a explora modul în care acest lucru le poate revoluționa activitatea. Companiile farmaceutice urmăresc, de asemenea, cu atenție evoluțiile din acest domeniu, realizând în ce măsură computerele cuantice ar putea fi capabile să simuleze procese chimice și biologice complexe care depășesc cu mult capacitatea computerelor digitale.