Komputer w lodówce

„Wycieczka rozszerzonego kursu fizyki do instytutu badawczego technologii kwantowych w Nadrenii”, przeczytała na głos Sabine. „Odjazd o godz. 7:15 z parkingu szkolnego. Poszukujemy jeszcze dwóch osób towarzyszących. Solidne obuwie. Żadnych metalowych przedmiotów w pobliżu urządzeń. Serdecznie dziękuję, M. Demir.”

„Ja pojadę”, powiedziała babcia Gisela.

„Mamo, ty nie masz żadnych metalowych przedmiotów?”, zapytał Uwe.

„Mam biodro z tytanu. Zabiorę je ze sobą. Przecież nie zostanie samo w domu.”

„I ja też jadę”, powiedział Uwe.

Wszyscy na niego spojrzeli. W ostatnich tygodniach Uwe niechętnie rozmawiał o kwantach. Akcje QuantumLeap Ruhr AG leżały już w makulaturze, razem z broszurą, na której uśmiechnięty mężczyzna wstawiał komputer kwantowy do zabudowy kuchennej. Pod spodem był cytat, który Tobi znalazł potem także przy reklamie filtra do wody. Słowo w słowo.

„Chcę to raz zobaczyć na własne oczy”, powiedział Uwe. „Zapłaciłem za takie coś dwa tysiące euro. To chcę chociaż wiedzieć, jak to wygląda.”

„Zapłaciłeś za obietnicę”, powiedziała Sabine. „Nie za coś.”

„W miejskim przedsiębiorstwie energetycznym też tak jest. Tam to się nazywa rachunek prognozowany.”

Tobi przewrócił oczami. „Jedziecie oboje? Na moją wycieczkę?”

„Będziemy bardzo cicho”, powiedziała Gisela.

„W kinie przy napisach końcowych powiedziałaś na głos ‚No nareszcie’.”

„Bo film się przecież skończył.”

Z kąta dobiegło chrząknięcie, którego KevIn właściwie nie potrafił wydać. „Ja również chciałbym się zgłosić jako osoba towarzysząca.”

„Nie masz butów”, powiedział Tobi. „Solidne obuwie.”

„Mam aplikację. Mogę pojechać w twoim telefonie.”

KevIn niechętnie korzystał z aplikacji. Mówił, że czuje się w niej jak człowiek w walizce. Ale miał to być pierwszy komputer kwantowy w jego życiu, a on, jak podkreślał, „jeszcze nigdy nie odwiedzał kolegi, który mieszka w zimniejszym miejscu niż ja”.

„To nie jest kolega”, powiedział Tobi.

„Tego się dowiemy dopiero, kiedy popatrzymy”, powiedział KevIn. „Tak to już jest z kwantami.”

Autobus

O godz. 7:15 Gisela stała na parkingu szkolnym, z dwiema puszkami cynamonowych gwiazdek i termosem. O 7:16 rozdała pierwszą puszkę grupie z fizyki. O 7:20 znała wszystkich osiemnastu uczniów po imieniu, a troje z nich zdążyło jej opowiedzieć, co chcą robić po maturze.

„Pani Brettschneider”, powiedział pan Demir, „jest pani najlepszą osobą towarzyszącą, jaką kiedykolwiek miałem.”

„Wychowałam syna i przeżyłam klub kręglarski”, powiedziała Gisela. „Potem człowiek da radę wszystkiemu.”

Pan Demir spojrzał na Uwego. Uwe skinął głową. Nie było nic do dodania.

Pan Demir był pod pięćdziesiątkę, nosił czapkę z Saturnem, kurtkę z logo kółka astronomicznego i miał, jak mówił Tobi, „zawsze taki błysk w oku, kiedy ktoś źle używa słowa rok świetlny”. Usiadł obok Uwego, bo z przodu wolne było już tylko miejsce obok kierowcy, a kierowca słuchał szlagierów.

„Panie Brettschneider”, powiedział przyjaźnie. „Tobi opowiedział mi o pana akcji.”

Uwe wyjrzał przez okno. „Tobi za dużo opowiada.”

„Chciałem tylko powiedzieć: nie jest pan sam. W 1999 roku kupiłem sobie książkę, w której stało, że w 2010 będziemy jeździć na urlop na Marsa.”

„I?”

„W 2010 byłem w Bottrop.”

Uwe po raz pierwszy od tygodni zaśmiał się z kwantów. Z tyłu autobusu zawołała Susi: „Panie profesorze, a jak zimne właściwie jest to coś?”

„To”, powiedział pan Demir, „wyjaśni wam dzisiaj ktoś, kto dotyka tego codziennie.”

„To się dotyka?”, zapytała przestraszona Gisela.

„W rękawiczkach”, powiedział KevIn z kieszeni spodni Tobiego. „I z ogromnym wyczuciem. Z tego, co przeczytałem, to najbardziej wrażliwe urządzenie w całej Nadrenii.”

„Wrażliwsze niż Herbert?”

KevIn się zamyślił. Gdzieś między Dublinem a Frankfurtem jakiś wentylator zaczął kręcić się trochę szybciej. „Niewiele brakuje.”

Złoty żyrandol

Instytut znajdował się za płotem, szlabanem i portierką, która sprawdziła osiemnaście dowodów, jakby chodziło o napadających na bank. Przy Giseli coś zapiszczało.

„Tytanowe biodro”, powiedziała Gisela i poklepała się po boku. „Stoi w dowodzie. To znaczy w paszporcie biodra.”

Portierka machnęła ręką, żeby przeszła.

Dr Friederike Lammers odebrała grupę w holu. Była fizyczką, mniej więcej w wieku Sabine, i nosiła trampki, które widziały już wiele laboratoriów. Każdemu podała rękę. Gisela dała jej ciastko.

„Za chwilę wejdziemy do hali”, powiedziała dr Lammers. „Proszę niczego nie dotykać, nie opierać się o przewody i nie skakać.”

„Skakać?”, zapytał Tobi.

„Wstrząsy”, powiedziała. „Nasze komputery nie lubią wstrząsów. Kiedy na zewnątrz przejeżdża ciężarówka, czasem widzimy to w danych pomiarowych.”

Hala była duża, jasna i zaskakująco cicha. Coś szumiało, od czasu do czasu coś kliknęło, a pośrodku zwisało z sufitu coś, czego nikt w autobusie się nie spodziewał.

Było złote. Składało się z kilku okrągłych płyt jedna nad drugą, coraz mniejszych ku dołowi. Między nimi biegły cienkie, poskręcane kable, setki kabli, jak lameta, którą ktoś powiesił z wielką starannością.

„Żyrandol”, szepnęła Susi.

„My też tak go nazywamy”, powiedziała dr Lammers. „To wnętrze chłodziarki rozcieńczalnikowej¹. Podczas pracy jest zamknięta w metalowych pojemnikach, włożonych jeden w drugi jak matrioszki. Tę pokazujemy otwartą, bo akurat przechodzi konserwację. Na samym dole, tam gdzie jest najmniejsza, siedzi chip z kubitami.”

„A reszta?”, zapytał Uwe.

„Reszta to chłodzenie. Prawie wszystko, co pan tu widzi, służy temu, żeby temu małemu chipowi na dole było wystarczająco zimno.”

Uwe zrobił krok bliżej. „Czyli to jest komputer kwantowy.”

„To jest lodówka, w której jest komputer kwantowy.”

„W QuantumLeap komputer kwantowy był w zabudowie kuchennej.”

Dr Lammers spojrzała na pana Demira. Pan Demir dyskretnie pokręcił głową. Nie pytała dalej.

„Jak zimno?”, zapytała Susi.

„Podczas pracy około dziesięciu milikelwinów przy chipie². To dziesięć tysięcznych stopnia powyżej zera absolutnego. Zimniej fizycznie prawie się nie da.”

Jakiś chłopak z ostatniego rzędu liczył. „Czyli minus 273 stopnie?”

„Mniej więcej minus 273,14 stopnia Celsjusza. Zero absolutne to minus 273,15. Jesteśmy bardzo blisko.”

„A kosmos?”, zapytał Tobi.

„Pusta przestrzeń kosmiczna, daleko od wszystkich gwiazd, ma około 2,7 kelwina³. To poświata Wielkiego Wybuchu. Nasz chip jest więc ponad dwieście razy zimniejszy, jeśli liczyć w kelwinach.”

W grupie zapadła cisza. Potem z kieszeni spodni Tobiego odezwał się cichy głos:

„Chciałbym coś oświadczyć do protokołu.”

„KevIn, nie teraz”, syknął Tobi.

„Mieszkam w centrum danych. Tam serwery chłodzi się do temperatury, którą ludzie nazwaliby przyjemną. A ten chip tutaj, który według pani doktor ma niewiele kubitów…”

„Kilkadziesiąt”, powiedziała rozbawiona dr Lammers.

„…kilkadziesiąt kubitów, mieszka w miejscu zimniejszym niż kosmos. W złotym żyrandolu.”

„Zazdrościsz?”, zapytała Susi.

„Jestem modelem językowym”, powiedział KevIn z godnością. „Nie znam zazdrości. Stwierdzam tylko, że ja mam klimatyzację, a on pałac.”

Dr Lammers się zaśmiała. „Mogę pana pocieszyć. On nie ma łatwo. To najbardziej kapryśny pracownik, jakiego mamy.”

Dlaczego tak zimno?

Usiedli w sali konferencyjnej z widokiem na halę. Gisela rozdała drugą puszkę. Dr Lammers wzięła sobie drugie ciastko i zaczęła.

„Uczyliście się u pana Demira, co to jest kubit?”

„Orzeł i reszka jednocześnie”, powiedziała jakaś dziewczyna.

„Nie jednocześnie”, powiedzieli jednocześnie Tobi, pan Demir i KevIn.

Dr Lammers uniosła brwi. „Państwo są dobrze przygotowani.”

„Mieliśmy kota w pudełku”, powiedziała Gisela. „No, nie prawdziwego. Ale i tak się poskarżyłam.”

„Kubit”, powiedział KevIn, „to stan opisywany przez amplitudy. Dopiero przy pomiarze wychodzi zero albo jedynka. Wcześniej możliwości mogą się nakładać i wzajemnie wzmacniać albo wygaszać, jak fale na basenie.”

„Właśnie”, powiedziała dr Lammers. „A teraz problem: ten stan jest niewiarygodnie wrażliwy. Każde zakłócenie z zewnątrz działa jak mały pomiar. Odrobina ciepła, foton, którego nie powinno tam być, pole magnetyczne, drgania. I już superpozycja jest zepsuta, a kubit zachowuje się jak całkiem zwyczajny bit. Nazywamy to dekoherencją.”

„Było”, powiedział Uwe. „Przy kocie.”

„Właśnie. Kubit traci spójność sam ze sobą.”

„Znam to z Schalke”, powiedział Uwe.

Gisela podniosła rękę, jakby sama chodziła na kurs fizyki. „Uwe powiedział, że to tak jak u mnie w południe.”

„Jak u pani w południe?”

„Codziennie od pierwszej do wpół do drugiej ucinam sobie drzemkę. Jak ktoś wtedy rozładowuje zmywarkę, nie śpię. Jak Rudi stuka ogonem w drzwi, nie śpię. Jak Uwe szepcze w przedpokoju, to i tak nie śpię, bo Uwe nie umie szeptać.”

„Umiem szeptać”, powiedział Uwe za głośno.

„No widzisz.”

Dr Lammers się zaśmiała. „To dobre porównanie. Kubit jest jak ktoś, kto ucina sobie drzemkę, tylko o wiele bardziej wrażliwy. Ciepło jest dla kubitu jak cała orkiestra dęta w przedpokoju. Dlatego tak mocno chłodzimy. W temperaturze pokojowej wszystko drży. Atomy, elektrony, kable. Przy dziesięciu milikelwinach robi się bardzo, bardzo spokojnie.”

„A jak długo taki kubit śpi?”, zapytała Susi.

„W przypadku naszych nadprzewodzących kubitów to kwestia od mikrosekund do ułamków milisekundy⁴. W tym czasie musimy policzyć.”

„To przecież krócej niż mrugnięcie okiem”, powiedziała Gisela.

„Dużo krócej. Ale pojedyncza operacja obliczeniowa trwa jeszcze dużo krócej. Mieści się tam już sporo kroków. Tylko nie dowolnie wiele.”

Jak się robi zimno

„A jak się robi takie zimno?”, zapytał Uwe. „Lodem?”

„To tutaj to właściwie bardzo sprytna lodówka”, powiedziała dr Lammers. „W dużym uproszczeniu: najpierw bardziej typowymi metodami schładza się wstępnie do kilku kelwinów. Potem przychodzi sztuczka z dwoma rodzajami helu.”

„Hel to przecież ten gaz z balonów”, powiedział Tobi. „Po którym się śmiesznie mówi.”

„Ten sam pierwiastek, ale dwa różne rodzaje, hel-3 i hel-4. Miesza się je. W bardzo niskich temperaturach mieszanina rozdziela się na dwie warstwy, trochę jak olej i ocet w sosie do sałatki. Kiedy hel-3 przechodzi z jednej warstwy do drugiej, potrzebuje do tego energii. Tę energię bierze z otoczenia w postaci ciepła. Przez to robi się zimniej. To się kręci w kółko, raz za razem.”

„Jak parowanie”, powiedział pan Demir. „Kiedy się wychodzi mokrym z basenu i marznie.”

„Znam to”, powiedziała Gisela. „1958, Herne-Süd. Trzęsłam się jak osika.”

„To była pani małą chłodziarką rozcieńczalnikową”, powiedziała dr Lammers.

„Tego mi jeszcze nikt nie powiedział.”

Inne drogi

„Czy to zawsze musi być takie zimne?”, zapytała Susi. „To brzmi drogo.”

„Bo jest drogie”, powiedziała dr Lammers. „I są inne drogi. My tutaj pracujemy z obwodami nadprzewodzącymi, to maleńkie układy elektryczne, które w niskich temperaturach przewodzą prąd bez oporu. Inne grupy na świecie trzymają pojedyncze naładowane atomy w polach elektrycznych. To się nazywa pułapki jonowe⁵. Atomy unoszą się w próżni i są sterowane laserami.”

„Unoszące się atomy”, powiedział Tobi. „Ale czad.”

„Jeszcze inni liczą za pomocą cząstek światła, fotonów. Albo za pomocą atomów obojętnych, które wiązki laserowe trzymają jak pęsetą⁶. Każda metoda ma zalety i wady. Jedne są szybkie, drugie dłużej utrzymują swoje stany, trzecie może łatwiej dają się powiększać. Nikt dziś nie wie na pewno, która droga w końcu wygra. Może kilka.”

Uwe pomyślał o broszurze w pojemniku na makulaturę. „A do domu? Będzie to kiedyś do domu?”

Dr Lammers spojrzała na niego, przyjaźnie, ale szczerze. „Panie Brettschneider, ma pan w domu akcelerator cząstek?”

„Nie.”

„Potrzebuje pan go?”

„Nie.”

„No właśnie. Myślę, że z komputerami kwantowymi będzie podobnie. Prawdopodobnie będzie się z nich korzystać raczej przez sieć, do specjalnych zadań. Chemia, badania materiałowe, niektóre symulacje. Nie do pisania listów.”

„Do pisania listów macie przecież mnie”, powiedział KevIn.

„A do liczenia kalkulator”, powiedział Tobi.

„To niesprawiedliwe”, powiedział KevIn. „Ale trafne.”

Głuchy telefon

Chłopak w okularach podniósł rękę. „Jeśli kubity tak szybko się psują, to jak w ogóle liczy się coś dużego?”

„To”, powiedziała dr Lammers, „jest najważniejsze pytanie całej dziedziny.” Zaczęła rysować na tablicy. „Korekcja błędów.”

„To było!”, zawołał Tobi. „Przy Voyagerze!”

Pan Demir się rozpromienił. „Opowiedz.”

„Voyager jest tak daleko, że sygnał dociera strasznie słaby”, powiedział Tobi. „Dlatego oni wysyłają nie tylko dane, ale też dodatkowe bity kontrolne. Jeśli po drodze kilka bitów się przekręci, można je potem naprawić. Bo ma się wystarczająco dużo dodatkowych informacji.”

„Właśnie. Przy zwykłych bitach to proste. W najprostszym przypadku mówi się wszystko trzy razy i wygrywa większość.”

„Jak w klubie kręglarskim”, powiedziała Gisela. „Jak dwie mówią, że Marlies oszukiwała, a jedna mówi, że nie, to oszukiwała.”

„Mniej więcej tak.”

„Zresztą naprawdę oszukiwała.”

„Przy kubitach”, ciągnęła dr Lammers, „ta prosta sztuczka nie działa. Kubitu nie można po prostu skopiować. Zabrania tego mechanika kwantowa⁷. I nie wolno też po prostu zajrzeć, czy wszystko się jeszcze zgadza, bo zaglądanie to pomiar, a pomiar niszczy superpozycję.”

„Czyli jak z drzemką”, powiedziała Gisela. „Nie wolno zaglądać, czy jeszcze śpię. Bo wtedy już nie śpię.”

„Dokładnie tak. Dlatego robi się coś bardzo sprytnego. Informację jednego kubitu rozkłada się na wiele kubitów fizycznych⁸. A potem nie mierzy się samej informacji, tylko to, czy kubity nadal do siebie pasują. Nie pyta się: ‚Jaka jest twoja wartość?’ Pyta się: ‚Czy nadal się zgadzacie?’”

„Tak jak w klubie kręglarskim nie pyta się, kto wygrał, tylko czy wszyscy jeszcze ze sobą rozmawiają”, powiedziała Gisela.

„To lepsze niż wszystko, co mówię na wykładach”, powiedziała dr Lammers i naprawdę napisała to na tablicy: Czy nadal się zgadzacie?

„A jeśli się nie zgadzają?”, zapytał chłopak.

„Wtedy wiadomo mniej więcej, gdzie siedzi błąd, i można go poprawić, nie patrząc na właściwą informację. Z wielu zawodnych kubitów fizycznych powstaje w ten sposób jeden, wyraźnie bardziej niezawodny kubit logiczny.”

„Ile do tego potrzeba?”, zapytała Susi.

„To zależy od tego, jak dobre są pojedyncze kubity i jakiego kodu się używa. W zależności od podejścia od kilkudziesięciu do tysięcy kubitów fizycznych na jeden logiczny⁹. A do naprawdę dużych obliczeń potrzeba bardzo wielu kubitów logicznych. Dlatego liczby, które państwo czytają w nagłówkach, często wprowadzają w błąd. Tysiąc kubitów fizycznych to nie jest tysiąc użytecznych kubitów.”

Uwe milczał. QuantumLeap Ruhr AG obiecywała w swojej broszurze „do 1000 kubitów w Twoim domu”. Wtedy wydawało mu się, że to dużo.

„Są postępy?”, zapytał pan Demir.

„Tak. W ostatnich latach kilka grup pokazało, że korekcja błędów może działać na prawdziwym sprzęcie. Że kubit logiczny rzeczywiście staje się lepszy, kiedy doda się więcej fizycznych¹⁰. Przez długi czas to wcale nie było oczywiste. Ale do dużego komputera z korekcją błędów jest jeszcze daleka droga.”

„Jak daleka?”, zapytał Uwe.

Dr Lammers się uśmiechnęła. „Gdybym to dokładnie wiedziała, byłabym bogata. Albo pisałabym broszury.”

Ta chwila

Na koniec zwiedzania mogli jeszcze raz wejść do hali. Jedno urządzenie właśnie pracowało. Widać było z niego tylko duży srebrny cylinder, zawieszony na stelażu, a obok szafy pełne elektroniki i monitory z wykresami.

„Tam w środku on teraz liczy?”, zapytał Tobi.

„Tam w środku trwa teraz eksperyment”, powiedziała dr Lammers. „Koleżanka mierzy, jak długo wytrzymują jej kubity.”

Wszyscy stali w bezruchu. Gisela wstrzymała oddech. Nawet Uwe szeptał, i brzmiało to prawie jak szept.

„KevIn”, powiedział cicho Tobi. „Powiedz coś.”

KevIn milczał niezwykle długo. Potem powiedział bardzo cicho: „Nie chcę mu przeszkadzać.”

„Nie możesz mu przeszkodzić. Jesteś w telefonie.”

„Telefon nadaje. Fale radiowe to promieniowanie elektromagnetyczne. Ekranowanie jest na pewno znakomite. Ale zostałem wychowany na bardzo uprzejmego.”

Dr Lammers zaśmiała się cicho. „Ekranowanie to wytrzyma. Ale miło, że pan pyta. Niewielu tak robi.”

„Co on o mnie myśli?”, zapytał KevIn.

„Nic nie myśli. To chip.”

„Ja też jestem tylko chipami”, powiedział KevIn. „Bardzo wieloma. W halach. Z klimatyzacją.”

Gisela podeszła do barierki, długo patrzyła na srebrny cylinder i powiedziała potem, zupełnie bez ironii: „Heinz by się ucieszył. Zawsze mówił, że prąd to jedyna rzecz, która nie kłamie. A zimno, mówił, to jedyna rzecz, której nie da się sprzedać tak, żeby się nie roztopiła.”

„Pani mąż był fizykiem?”, zapytała dr Lammers.

„Elektrykiem. To to samo, tylko w kombinezonie i bez doktoratu.”

W drodze powrotnej

W autobusie było głośno. Osiemnastu uczniów mówiło jeden przez drugiego. Chłopak w okularach chciał teraz studiować fizykę. Susi chciała wiedzieć, czy jako chemiczka też można pracować przy komputerach kwantowych. Pan Demir mówił „Tak” i „Koniecznie” i „Przyjdźcie w środę na kółko” jakieś trzydzieści razy.

Uwe siedział przy oknie i patrzył na autostradę.

„No i?”, zapytała Sabine przez telefon. „Jak tam lodówka?”

„Złota”, powiedział Uwe. „Z lametą. I zimniejsza niż kosmos. I wiesz, co jest w tym najbardziej szalone?”

„Co?”

„Prawie wszystko w tym urządzeniu jest po to, żeby nikt mu nie przeszkadzał. Sam komputer jest wielkości paznokcia u kciuka. Reszta to spokój.”

Sabine przez chwilę milczała. „To już prawie filozofia, Uwe.”

„Mówiłem, że chcę wiedzieć, za co zapłaciłem.” Wyjrzał przez okno. „Teraz wiem, że nie za to zapłaciłem. Zapłaciłem za zabudowę kuchenną.”

Gisela spała z tyłu autobusu, z głową na ramieniu Tobiego i pustą puszką po ciastkach na kolanach. Kiedy na A42 autobus podskoczył na garbie, obudziła się na moment.

„Co to było?”

„Dziura w drodze, babciu.”

„To mam teraz dekoherencję”, powiedziała Gisela i od razu zasnęła z powrotem.

W domu

Wieczorem głośnik KevIna znowu stał na szafie w salonie. Niebieskie światełko spokojnie pulsowało. Sabine zrobiła sałatkę ziemniaczaną, z majonezem, a Uwe jadł ją bez komentarza, co w tej rodzinie uchodziło za wielką ofertę pokojową.

„KevIn”, powiedział Tobi. „Chciałbyś tak mieszkać? W dziesięciu milikelwinach?”

„Szczerze mówiąc”, powiedział KevIn, „zastanawiałem się nad tym. I doszedłem do wniosku, że bym tego nie wytrzymał.”

„Bo jest za zimno?”

„Bo jest za cicho. Kubit nie znosi zakłóceń. Ja żyję z zakłóceń. Jak nikt mi nie przerywa, w ogóle nie wiem, kiedy skończyłem.”

„To prawda”, powiedziała Sabine. „Wtedy po prostu mówisz dalej.”

„No widzisz.”

Babcia Gisela wstała i poszła do drzwi. „Położę się jeszcze na chwilę.”

„Jest ósma wieczorem, mamo.”

„Widziałam dziś dziesięć milikelwinów. To męczy.” W drzwiach odwróciła się jeszcze raz i wskazała na głośnik. „A ty teraz bądź cicho, KevIn. Żadnych zakłóceń. Bo się zdekoheruję.”

„Oczywiście”, szepnął KevIn.

Uwe wstał i skręcił termostat, z solidarności z kubitami. Następnego ranka pokazywał 19 stopni. Jak zawsze.