Inżynieria kwantowa wkracza w złotą erę odkryć. Tylko w ciągu ostatniego roku naukowcy na całym świecie przesuwali granice ultra-małego świata, osiągając rzeczy, które jeszcze niedawno wydawały się odległe o dekady. Od komputerów kwantowych, które prześcigają klasyczne superkomputery, przez sieci kwantowe przesyłające dane za pomocą splątania, po czujniki kwantowe wykrywające najdrobniejsze sygnały oraz materiały kwantowe ujawniające egzotyczne, nowe stany materii – ostatnie osiągnięcia obejmują wszystkie zakątki tej nowatorskiej dziedziny. Poniżej omawiamy główne poddziedziny inżynierii kwantowej, podkreślamy kluczowe przełomy z ostatniego roku i wyjaśniamy w przystępny sposób co te osiągnięcia oznaczają dla naszej przyszłości.
Obliczenia kwantowe: Bliżej użytecznych maszyn kwantowych
Topologiczny procesor kwantowy Majorana 1 zaprezentowany na początku 2025 roku to 8-kubitowy układ wykorzystujący nowy materiał „topologicznego nadprzewodnika” dla bardziej stabilnych kubitów. To przełomowe podejście, prowadzone przez fizyków z Microsoftu i UC Santa Barbara, obiecuje z natury odporne na błędy kubity universityofcalifornia.edu.
Obliczenia kwantowe wykorzystują dziwaczne właściwości bitów kwantowych (kubitów) – które mogą istnieć jako 0 i 1 jednocześnie – do wykonywania obliczeń daleko wykraczających poza możliwości zwykłych komputerów. W latach 2024 i 2025 obliczenia kwantowe wykonały kilka dużych kroków w kierunku praktyczności:
- Pokonanie klasycznych superkomputerów: Najnowszy układ kwantowy Google „Willow” wykonał zadanie obliczeniowe w mniej niż pięć minut, które dla najlepszego superkomputera zajęłoby szacunkowo 10 septylionów (10^25) lat blog.google. Ten spektakularny pokaz „przewagi kwantowej” pokazuje, jak niektóre problemy (takie jak symulacja złożonych cząsteczek czy rozwiązywanie łamigłówek optymalizacyjnych) są całkowicie poza zasięgiem klasycznych maszyn, ale rozwiązywalne przez procesory kwantowe.
- Przełom w korekcji błędów: Być może jeszcze ważniejsze jest to, że 70-kubitowy chip Google’a Willow pokazał, że dodawanie większej liczby kubitów może ekspotencjalnie zmniejszać liczbę błędów – co w zasadzie rozwiązuje 30-letnie poszukiwania w dziedzinie korekcji błędów kwantowych blog.google. „To rozwiązuje kluczowe wyzwanie w korekcji błędów kwantowych, nad którym dziedzina pracuje od prawie 30 lat,” napisał dyrektor Google Quantum AI Hartmut Neven blog.google. Działając poniżej progu korekcji błędów, Willow dostarczył najjaśniejszego jak dotąd dowodu, że skalowalne, odporne na błędy obliczenia kwantowe są osiągalne blog.google. Eksperci okrzyknęli to „najbardziej przekonującym prototypem skalowalnego logicznego kubitu, jaki dotąd zbudowano… silnym sygnałem, że można zbudować użyteczne, bardzo duże komputery kwantowe” blog.google.
- Nadchodzą kubity topologiczne: W kolejnym zdumiewającym postępie zespół Microsoft/UCSB stworzył pierwsze w historii kubity topologiczne – egzotyczne kubity przechowywane w nowej fazie materii zwanej nadprzewodnikiem topologicznym universityofcalifornia.edu. Te kubity (zrealizowane w 8-kubitowym prototypowym chipie nazwanym Majorana 1) wykorzystują modusy zerowe Majorany – dziwne kwazicząstki, które są swoimi własnymi antycząstkami – do kodowania informacji z wbudowaną ochroną przed szumem universityofcalifornia.edu. „Stworzyliśmy nowy stan materii, zwany nadprzewodnikiem topologicznym,” wyjaśnił dr Chetan Nayak, dyrektor Microsoft Station Q, dodając, że ich wyniki pokazują „możemy to zrobić, zrobić to szybko i zrobić to dokładnie” universityofcalifornia.edu. Kubity topologiczne są z natury bardziej stabilne, co potencjalnie umożliwia budowę komputerów kwantowych wymagających znacznie mniejszej liczby kubitów korygujących błędy. Microsoft ogłosił nawet plan skalowania tej technologii do miliona kubitów na jednym chipie w nadchodzących latach azure.microsoft.com – to śmiały cel, który, jeśli zostanie osiągnięty, będzie przełomowy.
- Skalowanie i Impet Branży: Wiodące firmy nadal ścigają się w kierunku większej liczby kubitów i lepszej wydajności. IBM obecnie obsługuje jedne z największych na świecie nadprzewodzących procesorów kwantowych (niedawno przekraczając 400+ kubitów na jednym chipie, a chip z 1 121 kubitami jest w drodze) i bada modułowe „kwantowo-centryczne superkomputery”, które mogą osiągnąć 100 000 kubitów w ciągu następnej dekady pme.uchicago.edu. Co ważne, przemysł i środowisko akademickie współpracują, aby uczynić obliczenia kwantowe użytecznymi: na przykład naukowcy zaczęli integrować algorytmy kwantowe ze sztuczną inteligencją i obliczeniami wysokiej wydajności, aby rozwiązywać problemy z chemii i materiałoznawstwa thequantuminsider.com. Już teraz firmy z branży farmaceutycznej, energetycznej, finansowej i lotniczej eksperymentują z komputerami kwantowymi przy rzeczywistych zadaniach time.com. Jak napisało dwóch prezesów firm w magazynie Time, „era kwantowa już się rozpoczęła”, a sprzęt i oprogramowanie kwantowe rozwijają się w tempie „zawrotnym” w ciągu ostatnich 18 miesięcy time.com.
Co dalej? Dzięki tym przełomom, obliczenia kwantowe stopniowo pozbywają się reputacji odległego marzenia i stają się narzędziem do rozwiązywania rzeczywistych problemów. Korygowane błędy kubity i stabilne kubity topologiczne mogą pojawić się w ciągu kilku lat, umożliwiając maszynom niezawodne przewyższanie klasycznych superkomputerów w użytecznych zadaniach. Konsekwencje są ogromne: moglibyśmy projektować nowe leki i materiały, symulując chemię na poziomie kwantowym, optymalizować złożoną logistykę i modele AI, a nawet rozwiązywać problemy dziś nierozwiązywalne. Choć wyzwania pozostają (skalowanie do tysięcy lub milionów kubitów, poprawa jakości kubitów i obniżenie kosztów), ostatnie postępy sugerują, że użyteczne komputery kwantowe mogą pojawić się znacznie szybciej, niż wielu się spodziewało. Jak zauważono w jednym z raportów, zamiast jednego „momentu olśnienia”, rewolucja kwantowa nadchodzi poprzez „przełomy wydajności, rozwiązywanie problemów i trwałe tworzenie wartości” – często za kulisami, ale już się rozpoczęła time.com.
Komunikacja kwantowa: Budowa Internetu Kwantowego
Komunikacja kwantowa wykorzystuje stany kwantowe (takie jak splątane fotony), aby umożliwić ultra-bezpieczny, natychmiastowy transfer informacji. W przeciwieństwie do zwykłych sygnałów, informacje kwantowe mogą być przesyłane w taki sposób, że podsłuchujący nie mogą ich przechwycić bez wykrycia, co tworzy podstawy do stworzenia niehakowalnego Internetu kwantowego. W ciągu ostatniego roku odnotowano niezwykłe postępy, które przybliżają tę wizję do rzeczywistości:
- Teleportacja na istniejącym światłowodzie: W pierwszym na świecie eksperymencie inżynierowie z Northwestern University teleportowali informacje kwantowe na odległość 30 km światłowodem, który jednocześnie przesyłał zwykły ruch internetowy news.northwestern.edu. Osiągnęli teleportację kwantową (przeniesienie stanu kubitu z jednego miejsca do drugiego za pomocą splątania) przez standardowy światłowód, starannie unikając zakłóceń ze strony klasycznych strumieni danych. „To jest niesamowicie ekscytujące, ponieważ nikt nie sądził, że to możliwe”, powiedział prof. Prem Kumar, który kierował badaniami news.northwestern.edu. „Nasza praca pokazuje drogę do sieci kwantowych i klasycznych nowej generacji, współdzielących jedną infrastrukturę… zasadniczo otwiera to drzwi do przeniesienia komunikacji kwantowej na wyższy poziom.” news.northwestern.edu. Dzięki znalezieniu odpowiedniego „okna” długości fali i odfiltrowaniu szumów, zespół udowodnił, że sygnały kwantowe mogą współistnieć z codziennym ruchem internetowym w tym samym światłowodzie news.northwestern.edu. Oznacza to, że być może nie będziemy potrzebować dedykowanych kabli kwantowych; przyszły internet kwantowy mógłby korzystać z dzisiejszych sieci światłowodowych, drastycznie obniżając bariery wdrożeniowe news.northwestern.edu.
- Splątanie na duże odległości, nieprzerwane: W kwietniu 2025 roku badacze z T-Labs Deutsche Telekom i Qunnect zademonstrowali utrzymaną dystrybucję splątanych fotonów na odcinku 30 km komercyjnego światłowodu z wiernością 99%, nieprzerwanie przez 17 dni telekom.com. Ta stabilność i czas działania są bezprecedensowe. Pokazuje to, że splątane łącza – kręgosłup sieci kwantowych – mogą być utrzymywane niezawodnie w warunkach rzeczywistych. Konsekwentnie wysoka wierność splątania na dużych odległościach to kluczowy krok w kierunku wielkoskalowych wzmacniaczy i sieci kwantowych. Fakt, że osiągnięto to na standardowym wdrożonym światłowodzie w metropolitalnym Berlinie, podkreśla, że technologia sieci kwantowych opuszcza laboratoria i trafia do praktycznych zastosowań telekom.com.
- Skalowanie sieci kwantowych: Na całym świecie testowe sieci komunikacji kwantowej szybko się rozrastają. Projekty narodowe łączą miasta światłowodami z kwantowym szyfrowaniem i satelitami. Na przykład Chiny mają działające 2 000-kilometrowe łącze kwantowe między Pekinem a Szanghajem, wykorzystujące satelity i światłowody do dystrybucji klucza kwantowego (QKD), a europejskie konsorcja łączą wiele krajów w powstający „kręgosłup kwantowy”. W USA laboratoria narodowe i uniwersytety utworzyły metropolitalne testowe sieci kwantowe (jak 124-milowa sieć Chicago Quantum Exchange), by eksperymentować z wymianą splątania i wzmacniaczami kwantowymi. Wszystkie te działania prowadzą do ostatecznego celu: kwantowego internetu obejmującego całą planetę, umożliwiającego całkowicie bezpieczną komunikację i rozproszoną informatykę kwantową. Ostatnie przełomy w pamięciach kwantowych i węzłach wzmacniających (urządzeniach przechowujących i wydłużających splątanie) poprawiają zasięg i niezawodność łączy kwantowych news.northwestern.edu, podczas gdy małe satelity kwantowe wykazały zdolność przesyłania splątanych fotonów między kontynentami.
Co dalej? W najbliższej przyszłości można się spodziewać, że komunikacja zabezpieczona kwantowo zacznie chronić wrażliwe dane. Banki, rządy i dostawcy usług medycznych już testują QKD do niełamliwego szyfrowania kluczowych połączeń. Wraz z rozwojem sieci kwantowych zobaczymy pojawienie się chmur kwantowych – bezpiecznych sieci, w których komputery kwantowe będą dostępne zdalnie, a splątanie zapewni prywatność. Ostatecznie pełny internet kwantowy mógłby połączyć urządzenia kwantowe na całym świecie, umożliwiając takie osiągnięcia jak ślepe obliczenia kwantowe (wykonywanie obliczeń na zdalnym serwerze kwantowym z gwarantowaną prywatnością) oraz synchronizację zegarów atomowych na całym świecie z niespotykaną dotąd precyzją. Podsumowując: komunikacja kwantowa obiecuje Internet odporny na podsłuch, chroniąc naszą przyszłą infrastrukturę cyfrową nawet przed komputerami kwantowymi, które mogłyby złamać dzisiejsze szyfrowanie.
Czujniki kwantowe: bezprecedensowa precyzja i nowe granice
Sensing kwantowy wykorzystuje zjawiska kwantowe do pomiaru wielkości fizycznych z niezwykłą czułością i dokładnością, znacznie przewyższającą konwencjonalne czujniki. Wykorzystując efekty takie jak superpozycja i splątanie, czujniki kwantowe mogą wykrywać minimalne zmiany pól, sił i czasu. Ostatnie postępy dostarczają możliwości sensorów, które brzmią niemal jak science fiction:
- Obrazowanie atomów i pól w skali atomowej: W połowie 2024 roku międzynarodowy zespół kierowany przez Forschungszentrum Jülich w Niemczech zaprezentował pierwszy na świecie czujnik kwantowy dla „świata atomowego” – czujnik zdolny do wykrywania pól elektrycznych i magnetycznych z rozdzielczością przestrzenną jednej dziesiątej angstroma (10^−10 m), czyli wielkości pojedynczego atomu fz-juelich.de. Osiągnięto to poprzez przymocowanie pojedynczej cząsteczki do końcówki mikroskopu skanującego, wykorzystując kwantowy spin cząsteczki do wykrywania pól z niezwykle bliskiej odległości fz-juelich.de. „Ten czujnik kwantowy to przełom, ponieważ dostarcza obrazy materiałów tak bogate jak rezonans magnetyczny, a jednocześnie ustanawia nowy standard rozdzielczości przestrzennej,” powiedział dr Taner Esat, główny autor fz-juelich.de. Innymi słowy, mogą wizualizować krajobrazy elektromagnetyczne wewnątrz materiałów atom po atomie – umiejętność, która zrewolucjonizuje nasze rozumienie materiałów, katalizy i nanoelektroniki. To narzędzie może badać defekty w chipach kwantowych, mapować atomy w półprzewodniku, a nawet analizować biomolekuły, wszystko z niespotykaną dotąd szczegółowością.
- Równoległe wykrywanie kwantowe i lepsze pomiary: Pod koniec 2024 roku naukowcy z Oak Ridge National Lab (ORNL) poinformowali o nowatorskiej platformie detekcji kwantowo-wzmocnionej, która wykorzystuje ściśnięte światło do poprawy czułości wielu czujników jednocześnie ornl.gov. Wysyłając specjalnie skorelowane fotony (bliźniacze wiązki światła o kwantowo powiązanych właściwościach szumu) do cztero-czujnikowej matrycy, osiągnęli jednoczesną poprawę czułości o około 23% na wszystkich czujnikach w porównaniu do klasycznych ograniczeń ornl.gov. To jeden z pierwszych pokazów równoległego wykrywania kwantowego, gdzie wiele lokalizacji jest badanych z przewagą kwantową w tym samym czasie. „Zazwyczaj używasz [kwantowych] korelacji, aby poprawić pomiar… My połączyliśmy korelacje czasowe i przestrzenne, by badać kilka czujników jednocześnie i uzyskać jednoczesne kwantowe wzmocnienie dla wszystkich” – wyjaśnił Alberto Marino z ORNL ornl.gov. To podejście może być kluczowe dla zastosowań takich jak detekcja ciemnej materii, gdzie duże matryce czujników muszą być przesunięte poza klasyczną czułość ornl.gov. Może to także umożliwić szybsze obrazowanie kwantowe i diagnostykę medyczną poprzez rejestrowanie wielu punktów danych za jednym razem.
- Czujniki kwantowe w codziennym życiu: Technologie detekcji kwantowej również dojrzewają do zastosowań w rzeczywistym świecie. Na przykład kwantowe magnetometry oparte na centrach azot-wakancja (NV) w diamencie potrafią już wykrywać słabe sygnały magnetyczne aktywności nerwowej w mózgu lub obecność rzadkich minerałów pod ziemią – zadania wcześniej niemożliwe bez ogromnych maszyn. Sensory interferometryczne z ultrazimnych atomów są testowane w terenie dla systemów nawigacyjnych niewymagających GPS, mierząc minimalne zmiany bezwładności i grawitacji, by śledzić ruch z ekstremalną precyzją. A postępy w zegarach atomowych wciąż biją rekordy: najlepsze dzisiejsze zegary optyczne z siecią krystaliczną są tak precyzyjne, że potrafią mierzyć grawitacyjne dylatacje czasu Einsteina na różnicy wysokości zaledwie jednego milimetra, wykrywając, jak czas płynie nieco wolniej bliżej studni grawitacyjnej Ziemi physicsworld.com. Ta zadziwiająca dokładność zasadniczo zamienia zegary w czujniki grawitacji i może prowadzić do nowych technik geodezyjnych (mapowanie zmian gęstości Ziemi przez dylatację czasu).
Co dalej? Czujniki kwantowe stoją na progu przekształcenia wielu branż. W opiece zdrowotnej magnetometry SQUID i czujniki oparte na diamentach mogą umożliwić ultrawysokorozdzielcze skany MRI lub interfejsy mózg-maszyna poprzez wykrywanie bardzo słabych biomagnetycznych pól. W nawigacji i geologii kwantowe grawimetry i akcelerometry mogą zapewnić nawigację niezależną od GPS dla statków powietrznych i eksploracji podziemnej poprzez wykrywanie anomalii grawitacyjnych lub zmian inercyjnych. Obrona narodowa wykorzysta czujniki kwantowe do wykrywania obiektów stealth lub podziemnych instalacji (poprzez zauważanie subtelnych zmian w polu grawitacyjnym lub magnetycznym). Nawet poszukiwania ciemnej materii i fal grawitacyjnych odnoszą korzyści – niezwykła czułość urządzeń kwantowych otwiera nowe okna na fundamentalną fizykę. W miarę jak te czujniki stają się coraz bardziej kompaktowe i wytrzymałe, możemy spodziewać się nowej ery instrumentów, które mierzą świat (i wszechświat) z bezprecedensową precyzją, dając nam informacje zwrotne i możliwości, które wcześniej były po prostu nieosiągalne.
Materiały kwantowe: odkrywanie budulców ery kwantowej
U podstaw wszystkich powyższych osiągnięć leżą materiały kwantowe – substancje o niezwykłych właściwościach kwantowo-mechanicznych, które umożliwiają nowe technologie. Materiały kwantowe obejmują nadprzewodniki (które przewodzą prąd bez oporu), izolatory topologiczne (które przewodzą na krawędziach, ale nie w środku), kwantowe magnesy i inne egzotyczne fazy materii. W minionym roku naukowcy dokonali ekscytujących odkryć w dziedzinie nauki o materiałach kwantowych, przybliżając nas do przełomów takich jak praktyczne nadprzewodniki i odporne na błędy kubity:
- Nadprzewodniki topologiczne – nowy stan materii: Jednym z najważniejszych osiągnięć było stworzenie nadprzewodnika topologicznego w procesorze kwantowym Microsoft/UCSB, o którym wspomniano wcześniej. Poprzez zaprojektowanie hybrydowego materiału z półprzewodnika (arsenek indu) i nadprzewodnika (aluminium) oraz schłodzenie go do niemal zera absolutnego w określonych polach magnetycznych, naukowcy wywołali nową fazę materii, która posiada modusy zerowe Majorany na swoich końcach azure.microsoft.com. Te mody Majorany są podstawą kubitów topologicznych, ponieważ przechowują informację kwantową nielokalnie (informacja jest „rozproszona” w materiale i dzięki temu chroniona). „Przez niemal sto lat te quasi-cząstki istniały tylko w podręcznikach. Teraz możemy je tworzyć i kontrolować na żądanie,” zauważył zespół Microsoft azure.microsoft.com. Udana realizacja fazy nadprzewodzącej topologicznej to nie tylko przełom w obliczeniach, ale także popis nauki o materiałach – potwierdzenie długo teoretyzowanego stanu materii w laboratorium. Nadprzewodniki topologiczne są ekscytujące, ponieważ mogą umożliwić urządzenia elektroniczne bez strat energii i z natury odporne kubity kwantowe. Tegoroczny rezultat to dowód koncepcji, że takie materiały można wytwarzać i kontrolować, torując drogę do nowej generacji elektroniki kwantowej.
- Nowe fazy kwantowe i „niekonwencjonalni” nadprzewodnicy: Naukowcy odkrywają także naturalnie występujące materiały kwantowe o niezwykłych właściwościach. Na przykład zespół z Uniwersytetu Cornella znalazł dowody na istnienie „fali gęstości par” w związku o nazwie ditellurek uranu (UTe₂) – zasadniczo jest to krystaliczny wzór par elektronów w nadprzewodniku physics.cornell.edu. Ten nowy stan to forma topologicznej materii kwantowej, w której pary Coopera (pary elektronów odpowiedzialne za nadprzewodnictwo) układają się w wzór fali stojącej, a nie w zwykły jednorodny kondensat physics.cornell.edu. „To, co wykryliśmy, to nowy stan materii kwantowej – topologiczna fala gęstości par złożona z par Coopera o spinie trypletowym,” powiedział dr Qiangqiang Gu, zauważając, że to pierwszy raz, gdy taki stan został zaobserwowany physics.cornell.edu. Nadprzewodniki o spinie trypletowym (nieparzystej parzystości), takie jak UTe₂, są świętym Graalem, ponieważ mogą naturalnie wspierać tryby Majorany dla komputerów kwantowych physics.cornell.edu. To przełomowe odkrycie sugeruje, że natura może skrywać fazy kwantowe, których nigdy nie widzieliśmy, o właściwościach gotowych do wykorzystania w przyszłych technologiach. Tymczasem naukowcy zajmujący się materiałami czynią postępy w syntezie nowych materiałów 2D (jak nowo odkryty ciężkofermionowy materiał 2D CeSiI, który wykazuje dziwne zachowanie elektronów azonano.compurdue.edu) oraz w łączeniu materiałów w pomysłowy sposób – na przykład układając warstwy grafenu pod „magicznym kątem”, aby wywołać nadprzewodnictwo, lub łącząc magnesy i nadprzewodniki, by generować nowe efekty. Każdy nowy materiał kwantowy odkryty lub stworzony poszerza paletę narzędzi, jakimi inżynierowie będą dysponować do budowy urządzeń kwantowych. Materiały do kubitów i urządzeń: Duża część inżynierii kwantowej opiera się na znalezieniu materiałów, które mogą utrzymywać kubity z niskim współczynnikiem błędów. W ciągu ostatniego roku odnotowano postępy na wielu frontach. Naukowcy wykazali, że defekty w półprzewodnikach o szerokiej przerwie energetycznej (takie jak wakancje w diamencie lub domieszki w węgliku krzemu) mogą służyć jako stabilne kubity działające nawet w temperaturze pokojowej, co może być świetne dla czujników kwantowych i prostych procesorów kwantowych. Inne badania wykazały możliwość tworzenia kubitów z pierwiastka ziem rzadkich, erbu, osadzonego w różnych matrycach krystalicznych, podkreślając, jak wybór materiału wpływa na właściwości kwantowe pme.uchicago.edu. Poprzez badanie nowych materiałów bazowych dla znanych systemów kubitowych (spiny erbu, kropki kwantowe z krzemu itp.), naukowcy optymalizują czasy koherencji i łączność. Jednym z ważnych kamieni milowych było podejście skoncentrowane na materiałach w Argonne National Lab: zbudowali nowy kubit i osiągnęli czas koherencji 0,1 milisekundy – prawie 1000 razy dłuższy niż poprzedni rekord dla tego typu pme.uchicago.edu. Osiągnięto to dzięki innowacjom materiałowym, które zmniejszyły szumy i izolację kubitu. Dłuższy czas koherencji oznacza, że na kubicie można wykonać więcej operacji, zanim informacja zostanie utracona, więc te ulepszenia bezpośrednio przekładają się na potężniejsze i bardziej niezawodne komputery kwantowe. Mówiąc prościej, lepsze materiały = lepsze kubity.
Co dalej? Poszukiwanie rewolucyjnych materiałów będzie nadal napędzać rozwój inżynierii kwantowej. Głównym celem jest nadprzewodnik działający w temperaturze pokojowej – materiał, który nadprzewodzi bez konieczności ekstremalnego chłodzenia. Takie odkrycie byłoby przełomowe (umożliwiając bezstratne sieci energetyczne, tanie aparaty MRI, transport maglev oraz urządzenia kwantowe działające w warunkach otoczenia). W 2023 roku świat zobaczył, jaką gorączkę może wywołać taki przełom, gdy materiał nazwany „LK-99” został ogłoszony jako nadprzewodnik w temperaturze pokojowej – wywołało to wiralowe podekscytowanie, ale szybko zostało obalone przez rygorystyczne testy lens.monash.edu, przypominając nam, że nadzwyczajne twierdzenia wymagają nadzwyczajnych dowodów. Choć prawdziwy nadprzewodnik w temperaturze pokojowej wciąż pozostaje nieuchwytny, postęp następuje stopniowo: temperatury krytyczne znanych nadprzewodników powoli rosną, a nowe związki (czasem pod wysokim ciśnieniem) wykazują nadprzewodnictwo coraz bliżej warunków otoczenia. Poza nadprzewodnikami, naukowcy aktywnie poszukują materiałów, które mogą umożliwić bardziej odporne kubity (np. materiały o niskim spinie jądrowym dla dłuższej koherencji lub materiały topologiczne dla kubitów odpornych na błędy), a także materiałów zdolnych do emisji pojedynczych fotonów lub splątanych fotonów na żądanie do komunikacji. Badania nad materiałami kwantowymi są kluczowe dla całej dziedziny – każde nowe odkrycie może przełożyć się na lepsze urządzenia i zastosowania kwantowe. W nadchodzących latach można spodziewać się odkrycia zaskakujących nowych faz materii oraz coraz większej liczby „projektowanych” materiałów (jak „topokonduktor” Microsoftu azure.microsoft.com lub inne inżynierskie struktury), które odblokują możliwości, o jakich jeszcze nie śniliśmy.
Wnioski: Kwantowo-inżynieryjna przyszłość
Od ultramocnych komputerów po nie do zhakowania komunikację, ultraprecyzyjne czujniki i nowe stany materii, przełomy w inżynierii kwantowej są nie tylko intelektualnie ekscytujące – zwiastują transformacyjne zmiany dla społeczeństwa w niezbyt odległej przyszłości. Co istotne, te poddziedziny nie rozwijają się w izolacji: postęp w jednej często katalizuje postęp w innych. Na przykład lepsze materiały kwantowe umożliwiają stabilniejsze kubity; ulepszone komputery kwantowe pomagają projektować nowe materiały; sieci kwantowe połączą komputery kwantowe, wzmacniając ich moc; a czujniki kwantowe pomogą w charakteryzowaniu materiałów i urządzeń w skali atomowej. Jesteśmy świadkami początków pozytywnego cyklu innowacji.
Dla ogółu społeczeństwa skutki tych ezoterycznych osiągnięć staną się namacalne na różne sposoby:
- Opieka zdrowotna i chemia: Komputery kwantowe mogłyby modelować leki i białka z dokładnością atomową, prowadząc do opracowywania leków i materiałów na komputerach, a nie metodą prób i błędów. Czujniki kwantowe mogą umożliwić wczesne wykrywanie chorób poprzez wykrywanie drobnych biomarkerów lub zaawansowane obrazowanie mózgu.
- Cyberbezpieczeństwo i prywatność: Komunikacja kwantowa prawdopodobnie zabezpieczy nasze transakcje finansowe i poufne dane dzięki szyfrowaniu kwantowemu, którego hakerzy (nawet posiadający komputery kwantowe) nie będą w stanie złamać. Być może będziemy prowadzić wrażliwe rozmowy biznesowe lub dyplomatyczne z absolutną poufnością gwarantowaną przez prawa fizyki.
- Obliczenia i sztuczna inteligencja: Gdy procesory kwantowe zaczną rozwiązywać problemy optymalizacyjne i związane z uczeniem maszynowym, zobaczymy usprawnienia we wszystkim – od logistyki łańcucha dostaw, przez modelowanie klimatu, po możliwości AI. Niektóre zadania, z którymi dzisiejsza sztuczna inteligencja sobie nie radzi, mogą zostać rozwiązane przez hybrydowe algorytmy kwantowo-klasyczne działające na przyszłych, przyspieszanych kwantowo platformach chmurowych.
- Czujniki i nawigacja: Nasze telefony i pojazdy mogą pewnego dnia zawierać kwantowe żyroskopy i akcelerometry, zapewniające ultra-precyzyjną nawigację nawet bez dostępu do GPS. Kwantowe czujniki grawitacyjne mogłyby skanować pod ziemią w poszukiwaniu minerałów lub monitorować wulkany i uskoki poprzez wykrywanie zmian gęstości. Być może będziemy mieć nawet urządzenia noszone, które za pomocą czujników kwantowych będą nieinwazyjnie monitorować nasze zdrowie.
- Energia i przemysł: Materiały kwantowe, takie jak nadprzewodniki wysokotemperaturowe, mogą zrewolucjonizować sieci energetyczne i transport dzięki liniom przesyłowym bez strat, wydajnej lewitacji magnetycznej i lepszym bateriom (komputery kwantowe są już wykorzystywane do poszukiwania ulepszonej chemii baterii time.com). Procesy przemysłowe mogą skorzystać z kwantowo zoptymalizowanych projektów i katalizatorów.
Krótko mówiąc, inżynieria kwantowa jest na dobrej drodze, by stać się fundamentem technologii XXI wieku, podobnie jak elektronika klasyczna w XX wieku. Gdy te przełomy następują w szybkim tempie, przybliżają nas do przyszłości, w której urządzenia kwantowe rozwiązują ważne problemy, chronią nasze dane i odkrywają głębsze prawdy o wszechświecie. To ekscytujący czas na granicy nauki – kwantowa przyszłość to już nie spekulacja, lecz rzeczywistość tworzona właśnie teraz, przełom po przełomie.
Źródła:
- Google Quantum AI – Hartmut Neven, „Poznaj Willow, nasz najnowocześniejszy chip kwantowy,” Google Blog (grudzień 2024) blog.google.
- University of California, Santa Barbara – Sonia Fernandez, „Stworzyliśmy nowy stan materii: Nowy topologiczny procesor kwantowy to przełom w obliczeniach,” (20 lutego 2025) universityofcalifornia.edu.
- Northwestern University – Amanda Morris, „Pierwsza demonstracja teleportacji kwantowej przez zatłoczone kable internetowe,” (20 grudnia 2024) news.northwestern.edu.
- Deutsche Telekom T-Labs – Verena Fulde, „Przełom dla internetu kwantowego – z laboratorium do rzeczywistego świata,” (15 kwietnia 2025) telekom.com.
- Forschungszentrum Jülich – Komunikat prasowy, „Czujnik kwantowy dla świata atomowego,” (1 sierpnia 2024) fz-juelich.de.
- Oak Ridge National Lab – Mark Alewine, „Naukowcy ujawniają przewagę kwantową, która może przyspieszyć rozwój przyszłych urządzeń pomiarowych,” ORNL News (16 października 2024) ornl.gov.
- Cornell University – „Przełom identyfikuje nowy stan topologicznej materii kwantowej,” Cornell Chronicle (10 lipca 2023) physics.cornell.edu.
- University of Chicago PME – „Światowy Dzień Kwantowy 2024: Najnowsze osiągnięcia w nauce i technologii kwantowej,” (12 kwietnia 2024) pme.uchicago.edu.
- Magazyn Time – Vimal Kapur & Rajeeb Hazra, „Era kwantowa już się rozpoczęła,” (wrzesień 2024) time.com.
- Nature/ACS Publications – Dowody obalające twierdzenie o nadprzewodnictwie LK-99 w temperaturze pokojowej (2023) lens.monash.edu.
