Komputery kwantowe przestają być tylko teoretyczną ciekawostką – stają się realną technologią o rosnącym znaczeniu. Na całym świecie trwa wyścig naukowców, firm i państw, by rozwinąć tę przełomową dziedzinę. Dlaczego budzą tyle emocji? Bo mogą zarówno przynieść ogromne korzyści, jak przyspieszenie postępu w medycynie czy energetyce, jak i stworzyć poważne zagrożenia – na czele z możliwością złamania obecnych systemów szyfrowania i tym samym podważenia fundamentów cyberbezpieczeństwa. I nie ma w tym przesady – to technologia, która może wywrócić wszystko do góry nogami.
Ale o co chodzi z tymi komputerami kwantowymi?
Zacznijmy w ogóle od tego, czym taki komputer różni się od zwykłego komputera, który mamy na swoim biurku. Nie jest tajemnicą, że wszystko, co zaprogramowane, komputery rozumieją jako ciągi zer i jedynek, czyli bitów. Bit może przyjąć wartość 0 albo 1. I tutaj pojawia się komputer kwantowy z kubitami, które mogą być jednocześnie 0 i 1. Wydaje się, że to drobiazg, ale w rzeczywistości stwarza olbrzymie możliwości.
Ta zdolność do bycia w wielu stanach naraz oznacza, że odpowiednio zbudowany komputer kwantowy może teoretycznie przetwarzać ogromną liczbę możliwości równolegle, zamiast po kolei – co daje mu potencjał rozwiązywania pewnych problemów znacznie szybciej niż najszybsze dzisiejsze klasyczne superkomputery.
Dla zobrazowania skali przewagi: komputer kwantowy Google o nazwie Sycamore wykonał już w 2019 roku pewne zadanie w 200 sekund – jednocześnie oszacowano, że klasyczny superkomputer potrzebowałby na to około 10 tysięcy lat. W praktyce przewaga komputerów kwantowych ujawni się w wąskich obszarach, gdzie klasyczne algorytmy są bezradne. Przykładowo, istnieją algorytmy kwantowe, które potrafią bardzo szybko rozkładać duże liczby na czynniki pierwsze – a na tym opiera się bezpieczeństwo wielu szyfrów.
Inne kwantowe metody mogą przyspieszyć przeszukiwanie ogromnych zbiorów danych lub symulować skomplikowane reakcje chemiczne. To dlatego mówi się, że komputery kwantowe mogą rozwiązać problemy “nie do ruszenia” dla klasycznych maszyn. Choć raczej nie zastąpią one całkowicie tradycyjnych komputerów, to w pewnych zadaniach kwantowe obliczenia dadzą przewagę nie do pobicia.
Gdzie je wykorzystamy?
Skoro komputery kwantowe potrafią wykonywać pewne obliczenia niewyobrażalnie szybciej, rodzi się pytanie: co z tego będziemy mieli na co dzień? Choć w 2025 roku technologia jest jeszcze w stosunkowo wczesnej fazie, eksperci przewidują, że w ciągu najbliższych 10-15 lat może ona zrewolucjonizować wiele dziedzin życia i gospodarki.
Według analizy McKinsey, do 2035 roku zastosowanie obliczeń kwantowych może wygenerować nawet 2 biliony dolarów wartości ekonomicznej w takich sektorach jak finanse, chemia, farmacja, logistyka i motoryzacja. Może to oznaczać szybszy rozwój badań nad lekami i terapiami, bardziej wydajne procesy produkcyjne czy optymalizację skomplikowanych sieci (np. ruchu miejskiego czy sieci energetycznych), co przekłada się na realne oszczędności i poprawę jakości życia. Sztuczna inteligencja również może skorzystać – już teraz trwają prace nad kwantowymi modelami uczenia maszynowego, które mogłyby radzić sobie z analizą big data szybciej niż klasyczne GPU.
Owszem, może i póki co brzmi to kompletnie nieprzystępnie dla zwykłego człowieka. Ale z którą technologią tak nie było? Ile rzeczy na początku było obszarem zainteresowań naukowców i wojska, a później przeniknęły do codzienności? Nie trzeba szukać daleko – sama koncepcja klasycznego komputera na początku nie wychodziła poza instytuty badawcze i militarne. Podobnie było z internetem. Dlaczego miałoby się tak nie stać z komputerami kwantowymi?
Jest jednak jeden warunek: musimy mądrze pokierować rozwojem tej technologii, by dostępne były nie tylko jej potencjał komercyjny, ale i bezpieczeństwo.
Komputery kwantowe to również zagrożenie
Druga strona medalu kwantowej rewolucji to poważne zagrożenie dla obecnych systemów cyberbezpieczeństwa – przede wszystkim szyfrowania danych. Dzisiejsza infrastruktura internetu, bankowości elektronicznej, komunikatorów, opiera się na algorytmach kryptograficznych, które uznaje się za bezpieczne przede wszystkim dlatego, że ich złamanie w rozsądnym czasie przekracza możliwości klasycznych superkomputerów.
Komputer kwantowy zmieni tę równowagę sił. Jak wspomniałem, istnieje algorytm kwantowy, który potrafi rozłożyć bardzo duże liczby na czynniki szybciej niż jakikolwiek algorytm klasyczny. Oznacza to, że dostatecznie wydajny komputer kwantowy będzie w stanie złamać powszechnie stosowane szyfry oparte na kluczach publicznych nawet w kilkanaście godzin.
Wszystkie sekrety chronione mogą nagle przestać być sekretami. To rodzi poważne konsekwencje dla bezpieczeństwa państwa (np. dane wywiadowcze, tajemnice państwowe), dla biznesu (tajemnice handlowe, własność intelektualna) i dla każdego z nas (prywatność rozmów, hasła dostępów). Bez odpowiedniego przygotowania, nie będziemy mogli zaufać nikomu w internecie.
Kryptografowie od lat pracują nad rozwiązaniami, które zabezpieczą nas przed niebezpieczeństwem ze strony komputerów kwantowych. Istnieje osobna dziedzina – kryptografia odporna na kwanty (post-quantum cryptography). Jej celem jest opracowanie algorytmów szyfrujących i podpisów cyfrowych, które nawet przy istnieniu potężnych komputerów kwantowych pozostaną bezpieczne.
Wymyślenie algorytmów to jedno. Jeszcze większym wyzwaniem będzie modernizacja istniejącej infrastruktury – zarówno oprogramowania jak i urządzeń. Nie będzie to łatwe – jedna kwestia to koszty, a druga to brak świadomości. Wiele ludzi nawet nie wie, co niesie za sobą wejście komputerów kwantowych na masową skalę. Wielu osobom sformułowania takie jak „fizyka kwantowa” i „komputery kwantowe” kojarzą się raczej z science-fiction, a nie rzeczywistością.
W jakim kierunku iść?
Europa stoi przed strategicznym dylematem: jak wspierać i korzystać z rewolucji kwantowej, a jednocześnie chronić swoje interesy i bezpieczeństwo. W przeszłości Stary Kontynent niejednokrotnie przegrywał wyścigi technologiczne – np. w obszarze mediów społecznościowych czy półprzewodników. Unia Europejska słynie z dość ostrożnego, restrykcyjnego podejścia do nowych technologii.
Jak ujął to raport organizacji DIGITALEUROPE, skomplikowane regulacje w Europie potrafią zdusić wzrost innowacyjnych firm, zmuszając je do szukania lepszych warunków za oceanem, a niedobór talentów w kluczowych dziedzinach poważnie ogranicza nasze możliwości rywalizacji. We wspomnianym raporcie zauważono, że Europa ustępuje globalnym rywalom w 7 z 8 kluczowych technologii (ustępujemy w zakresie zaawansowanej produkcji, biotechnologii medycznej, technologii energetycznych, technologii kosmicznych, komputerach kwantowych, sztucznej inteligencji i półprzewodnikach, wyjątek – zaawansowane systemy łączności, np. szybkość internetu, stabilność sieci, zasięg), a koncentracja na polityce ograniczania ryzyka zamiast na promowaniu innowacji jest jednoznacznym błędem.
Europejscy decydenci muszą pamiętać, że prawo nie może wyprzedzać innowacji o lata świetlne. Dobrym przykładem jest AI Act – regulujemy technologię, nad którą nie mamy faktycznej kontroli, a dodatkowo spowalniamy rozwój rodzimych inicjatyw. W dziedzinach tak zaawansowanych jak komputery kwantowe, czas odgrywa kluczową rolę: pierwsze przełomy będą oznaczać nieproporcjonalne korzyści. Powinno to oznaczać aktywną promocję inwestycji i partnerstwa, a nie skupiać się wyłącznie na analizowaniu zagrożeń i pisaniu przepisów hamujących rozwój.
Świat nie poczeka
Jeśli Europa stworzy przyjazne warunki dla badań kwantowych – uprości procedury grantowe, zachęci do zakładania startupów, ułatwi współpracę nauki z biznesem – wówczas mamy szansę konkurować jak równy z równym. W przeciwnym razie grozi nam uzależnienie od technologii spoza UE, co w długim terminie osłabi zarówno nasze bezpieczeństwo, jak i gospodarkę. Widzimy to już teraz w przypadku sztucznej inteligencji. Równie ważna co pieniądze jest edukacja i budowa kompetencji.
Już teraz europejskie firmy sygnalizują niedobór specjalistów od technologii kwantowych – brakuje inżynierów, programistów kwantowych, kryptografów post-kwantowych. Potrzebne są nowe programy kształcenia na uczelniach (kierunki związane z technologiami kwantowymi, interdyscyplinarne studia łączące fizykę, informatykę i inżynierię), a także szkolenia dla obecnych pracowników sektora IT, by mogli przekwalifikować się w stronę “kwantową”. Warto już na poziomie szkół popularyzować naukę o kwantach – tak, aby zachęcić młode pokolenie do wejścia w tę fascynującą, ale wymagającą dziedzinę.
Można zapytać: po co ten pośpiech? Skoro naprawdę praktyczne komputery kwantowe jeszcze nie powstały, dlaczego już dziś mamy zaprzątać sobie tym głowę? Odpowiedź jest prosta: żeby nie obudzić się pewnego dnia w cyfrowym średniowieczu. Jeśli nie przygotujemy naszych systemów na nadejście komputerów kwantowych, to gdy one się pojawią, będzie za późno na ratunek. Pełne wdrożenie nowych standardów kryptografii w administracji, bankowości, na wszystkich stronach WWW, może zająć wiele lat. Jeśli odłożymy start migracji do czasu, aż komputer kwantowy faktycznie złamie pierwsze hasła, będzie już za późno.
