Obliczenia kwantowe od lat są promowane jako przyszłość informatyki i kryptografii. Entuzjaści twierdzą, że komputery kwantowe zrewolucjonizują nasze podejście do problemów, które są obecnie niewykonalne dla klasycznych maszyn. Jednak historia kryptografii uczy nas, że nie wszystkie teorie okazują się praktycznie wykonalne.

Przykładem może być słynny atak na system RSA, który pochodził od samego Adiego Shamira, jednego z wynalazców systemu RSA. Udowodnił on, że faktoryzacja całkowita (od której zależy bezpieczeństwo RSA) może być wykonana w wielomianowej liczbie operacji arytmetycznych. Wynik ten wykorzystuje tzw. model kosztu jednostkowego ("unit-cost model"), który przypisuje jednostkowy koszt każdej operacji arytmetycznej, niezależnie od długości operandów. Podnoszenie liczby do kwadratu podwaja jej długość, a wielokrotne powtrzanie tego działania szybko prowadzi do kosmicznych rozmiarów. Osadzenie ogromnej ilości liczb w długiej tablicy pozwala jednej operacji arytmetycznej wykonać dużo pracy, np. sprawdzić wykładniczo wielu kandydatów na dzielniki. Zamknięci na tą idee kryptografowie jednak nie byli przekonani i ten wynik doprowadził do odrzucenia modelu kosztu jednostkowego, a nie RSA

Inny, podobny atak trwa w tej chwili. Rozpoczął się od genialnego wyniku Petera Shora. Faktoryzuje on liczby całkowite w czasie wielomianowym za pomocą wyimaginowanego analogowego urządzenia tzw. "komputera kwantowego", inspirowanego prawami fizyki kwantowej doprowadzonymi do ich formalnej skrajności. Algorytmy takie działają na zasadzie magicznej ewolucji stanów kwantowych, która jest opisana równaniem Schrödingera. To jak wlewanie czarodziejskiej mikstury do kotła: qubity, manipulowane przez bramki kwantowe, tańczą w superpozycji i splątaniu, przyspieszając obliczenia. Wynik? Po pomiarze wiedza wydobyta z układu, jako efekt kwantowej magii, może zaskakiwać klasyczne komputery.

W praktyce mamy problemy. Otoczenie wpływa na amplitudy kwantowe wartości logicznych qubitów. Na przykład, izolacja termiczna nie może być idealna. Małe ilości neutrin, fale grawitacyjne i inne nietypowe zjawiska nigdy nie dają się całkowicie odizolować. Nawet niewielka ilość ciepła może powodować poważne problemy. Teoretycy twierdzą, że można te problemy rozwiązać poprzez dodanie do obliczeń mechanizmów korekcji błędów. Tymczasem od dekad nikt nie jest w stanie tego zrobić, mimo że jakoś ciągle znajdowane są sposoby, żeby pobierać za te prace pieniądze

Jednakże, wszystkie te kłopoty to drobiazgi w porównaniu z fundamentalnym problemem, jakim jest konieczność zachowania podstawowych równań kwantowych z dokładnością do setnych, a nawet milionowych miejsc po przecinku. Kto daje sobie prawo do takich ekstrapolacji poza obszar wszelkich znanych wyników empirycznych? W praktyce, naukowcy nie spotkali się jeszcze z prawem obowiązującym z taką precyzją. Każdy nowy dziesiętny stopień precyzji zazwyczaj wymaga głębokiego przemyślenia i rewizji najbardziej podstawowych koncepcji. Czy amplitudy kwantowe są nadal liczbami zespolonymi z taką dokładnością? Czy może stają się kwaternionami, kolorowymi grafami, 9-wymiarowymi strunami czy też złośliwymi goblinami? Nie wiemy. Wiemy za to, że nauka rozwija się zgodnie z zasadą korespondencji, która wskazuje, że obecne teorie mają zastosowanie jedynie w ograniczonym zakresie, a po przeprowadzeniu nowych, bardziej precyzyjnych eksperymentów potrzebujemy teorii opisującej bardziej fundamentalne prawa, których dotychczasowe teorie są jedynie przybliżeniem.

Podsumowując, obecne podejście przypomina sytuację, w której Maxwell wymyśla biznes, promując swojego "demona" z eksperymentu myślowego jako obietnicę uzyskania tańszej energii elektrycznej z ciepła. Gdyby tak się stało, wiele osiągnięć termodynamiki mogłoby zostać utraconych lub znacznie opóźnionych. Na tej samej zasadzie, najbardziej prawdopodobne jest, że komputery kwantowe są niemożliwe do zrealizowania z jakiegoś fundamentalnego powodu. Gdybyśmy się dowiedzieli dlaczego, byłoby to zdecydowanie najciekawsze, co mogłoby się przytrafić.

To byłby prawdziwy przełom, na miarę tych, które miały miejsce w historii nauki, gdy stare teorie okazały się jedynie przybliżeniami, działającymi tylko w określonych warunkach. Rozwijając analogię do Maxwella, niektórzy naukowcy uważają, że niemożliwość rozwiązywania problemów NP w czasie wielomianowym mogłaby stać się prawem fizycznym o podobnym statusie do drugiej zasady termodynamiki. Takie prawo określiłoby granice możliwości maszyn w dziedzinie obliczeń i rzeczywistości, której jesteśmy częścią.

A czy wy wierzycie w quantum computing? Mam nadzieję, że nie jestem jedynym użytkownikiem forum, który podziela sceptycyzm w tej kwestii

.