Kvantni toplinski stroj i čekanje na račun

Dvjesto dvadeset milijardi eura je iznos koji su svjetske vlade ulile u kvantno računarstvo od 2015, a najbolje što smo dobili je motor koji radi na toplini i nalazi se unutar superprovodnog kruga. Nije loše za početak, ali podsjeća na onaj vic o tipu koji je potrošio pet godina i tri milijuna dolara da napravi aparat za kuhanje jaja koji se uključuje kad osjeti da ti je dosadno. Inovacija je tu, pitanje je čemu služi. Istraživači sa sveučilišta Aalto u Finskoj upravo su demonstrirali prvi ciklički kvantni toplinski motor unutar superprovodnog kruga — što je, prijevod za one koji ne žive u svijetu fizike čestica, ekvivalent izumu prvog parnog stroja, ali u svijetu atoma koji se ponašaju kao da su pili previše kave. Radi na principu termodinamike na kvantnoj razini, što zvuči kao nešto što bi se moglo pojaviti u naslovu TED govora, ali zapravo znači da smo napokon shvatili kako iskoristiti toplinu na razini na kojoj se čestice ponašaju kao da su na acidu. Problem s kvantnim računalima oduvijek je bio taj: stabilnost. Kubiti, te male čestice koje bi trebale zamijeniti klasične bitove i riješiti sve misterije svemira od klimatskih promjena do toga zašto Netflix preporučuje filmove koje si već pogledao, imaju tendenciju da se raspadnu brže od obećanja političara pred izbore. Držiš ih na temperaturi blizu apsolutne nule, okružiš ih s više zaštite nego što je Trump ikad imao, i oni se i dalje ponašaju kao da su na odmoru na Hvaru — nestabilno i nepouzdano. A sad dolaze Finci i kažu: hej, što ako umjesto da se borimo protiv topline, iskoristimo je? To je onaj trenutak kad shvatiš da si cijelo vrijeme gledao u krivom smjeru, kao onaj programer koji je tri dana tražio bug u kodu, a na kraju skužio da je zaboravio staviti točku-zarez. Genijalno u svojoj jednostavnosti, ali jebeno frustrirajuće kad shvatiš da si mogao doći do istog zaključka prije pet godina da netko nije bio toliko fokusiran na hlađenje. Toplinski motori u kvantnom svijetu funkcioniraju na principu koji je istraživačima poznat već desetljećima — toplina prelazi s toplijeg na hladnije tijelo i pritom obavlja rad. Samo što su ovi motori veličine atoma i rade na razini na kojoj zakoni klasične fizike više ne vrijede, pa ti trebaš matematiku koja izgleda kao da ju je napisao netko tko je proveo previše vremena u laboratoriju bez prozora. Rezultat je motor koji može pretvoriti toplinu u koristan rad na način koji bi, u teoriji, mogao napajati veće i stabilnije kvantne sustave. To je važno jer je trenutno najveći problem kvantnog računarstva upravo skaliranje. Imaš li deset kubita, super. Imaš li sto, već ti treba više energije za hlađenje nego za sam rad. Imaš li tisuću, treba ti vlastita elektrana. Ovaj pristup, ako se pokaže održivim, mogao bi riješiti upravo taj problem — umjesto da trošiš energiju na održavanje stabilnosti, koristiš toplinu koja se ionako stvara u procesu. Kao da si napokon shvatio da onaj ventilator koji stoji u kutu sobe može hladiti i tvoj laptop, a ne samo tebe. Naravno, put od laboratorijskog eksperimenta do komercijalnog proizvoda dug je otprilike koliko i put od Rijeke do Amsterdama pješice. Istraživači su napravili prvi korak, ali sljedeći koraci uključuju dokazivanje da ovaj motor može raditi u sustavima s više kubita, da je stabilan kroz duže vremenske periode i da se može integrirati u postojeće kvantne arhitekture bez da ih sruši. To je kao kad si napravio prvi funkcionalni prototip nečega u garaži, a onda shvatiš da trebaš tvornicu, logistiku i distribuciju. Koji kurac. Ono što je zanimljivo nije samo sam motor, nego i pristup. Umjesto da se fokusiraju na čisto kvantne fenomene koji su teški za kontrolu, istraživači su se okrenuli termodinamici — staroj, dobroj fizici koja opisuje kako se toplina kreće i kako se može iskoristiti. To je kao da si shvatio da ti za vožnju automobila ne treba motor s unutarnjim izgaranjem koji je izumljen jučer, nego da možeš koristiti i onaj stari parni stroj, samo što sad radi na razini na kojoj se atomi ponašaju kao da su na steroidima. Ali hajmo biti realni. Kvantno računarstvo je već dvadeset godina "za pet godina". Svaki put kad netko objavi proboj, slijedi val euforije, a onda tišina dok se istraživači vraćaju u laboratorije da pokušaju reproducirati rezultate. Ovaj motor je stvaran, radi, i to je više nego što možemo reći za većinu kvantnih obećanja koja su se pojavila u zadnjih deset godina. Ali put od ovoga do kvantnog računala koje će riješiti probleme koje klasična računala ne mogu — poput optimizacije prometa u Zagrebu ili pronalaženja smisla života — još je dug. Finci su poznati po tome da rade stvari tiho i efikasno, bez pompe. Dok Amerikanci najavljuju kvantnu revoluciju na konferencijama u Las Vegasu, Finci sjede u laboratorijima u Espoo i polako rješavaju probleme jedan po jedan. Ovaj motor je dokaz da ne trebaš milijarde dolara i medijsku pompu da bi napravio nešto stvarno korisno. Treba ti dobra ideja, strpljenje i netko tko ne odustaje kad stvari postanu komplicirane. Što je, u svijetu u kojem startupovi dobivaju stotine milijuna za aplikacije koje ti govore što da jedeš za ručak, gotovo osvježavajuće. Kvantni toplinski motor je, , podsjetnik da se prave inovacije ne događaju u dvoranama za konferencije ili na naslovnicama časopisa. Događaju se u laboratorijima gdje netko postavi pitanje koje nitko drugi nije postavio, i onda provede pet godina tražeći odgovor. I to je u redu. Dok god postoji netko tko je spreman uložiti vrijeme i resurse u stvari koje ne obećavaju instant profit, postoji i nada da ćemo jednog dana imati kvantna računala koja stvarno rade. Do tada, uživajmo u vijestima o motorima koji rade na toplini i nadajmo se da neće eksplodirati.

Izvor: phys.org