Aká je budúcnosť kvantových počítačov?

Jednou z revolučných udalostí roka 2019 bolo vyhlásenie spoločnosti Google, že sa im podarilo zostrojiť kvantový počítač, ktorý prekoná všetky dosiaľ existujúce klasické počítače. Vyriešiť špecifický problém mu malo trvať 200 sekúnd, pričom klasickým superpočítačom 10 000 rokov. Je to naozaj tak? O téme nám bližšie napísal odborník z Fyzikálneho ústavu SAV – Martin Plesch. 

Kvantová nadvláda

Pod pojmom kvantová nadvláda, alebo skôr korektnejšie prevaha (z anglického supremacy), si človek jednoducho predstaví niečo veľké. Dalo by sa očakávať, že kvantové počítače nakročili k ovládnutiu sveta, alebo minimálne prelomeniu bezpečnosti na internete (RSA kódovania) pomocou rýchlej faktorizácie čísel. Bohužiaľ, realita je oveľa prozaickejšia.

Kvantové počítače, až (alebo skôr ak) raz budú skutočne fungovať, dokážu mnoho zaujímavých vecí. Asi najzaujímavejšie sa momentálne ukazujú aplikácie, ktoré nevyžadujú presné riešenie, avšak sú príliš zložité na to, aby ich klasické počítače riešili čo i len približne – od simulácie chemických reakcií k dlhodobým predpovediam počasia či AI. Aby to však dokázali, potrebujú výrazne znížiť chyby pri vykonávaní operácií na jednotlivých kvantových bitoch (qubitoch), čo sa zatiaľ darí len pomaly.

Čo Google oznámil

V snahe ukázať pokrok vo svojej technológii sa Google rozhodol tak trochu prevrátiť koncept užitočnosti naruby. Namiesto toho, aby vyvinul počítač, ktorý rieši existujúci problém, vymyslel problém, ktorý dokáže jeho počítač vyriešiť.

Trochu mi to pripomína nasledujúcu situáciu: predstavme si, že firma vyvíja autonómne vozidlá. Pokrok ide pomalšie, ako si predstavovala, preto zadefinuje pojem autonómnej nadvlády – nastane vtedy, keď firma nájde trasu, na ktorej autonómne vozidlá budú dosahovať lepšie výsledky ako vozidlá riadené vodičmi. Vzápätí vrhne svoje kapacity na to, aby navrhla trasu, ktorá je síce odnikiaľ nikam, ale pre bežného vodiča je taká náročná, že po pár rokoch vývoja na nej skutočne autonómne vozidlá dosiahnu lepšie výsledky. Čo to znamená? Že koncept autonómneho riadenia možno má zmysel, ale je vo veľmi počiatočnom štádiu vývoja.

Google spravil v istom zmysle niečo veľmi podobné. Vymyslel úlohu, ktorá je vo svojej podstate pre počítač veľmi ťažko riešiteľná. Vyriešiť ju presne trvá veľmi dlho a približné postupy sú neefektívne. Veľkosť úlohy nastavil presne tak, aby ju jeho počítač zvládol a zároveň bola dostatočne veľká, aby bola obtiažna pre klasické počítače. Čo je však najzarážajúcejšie, do definície úlohy zahrnul aj chyby, ktoré kvantový počítač robí – klasický počítač sa teda musí vedieť aj správne mýliť. A to najlepšie na záver – aj kvantový počítač Google vyrieši úlohu správne s pravdepodobnosťou menej ako 1 %.

Čo na to IBM

Jedným z ďalších veľkých hráčov na „trhu“ prototypov kvantových počítačov je IBM. Ich prístup je výrazne iný ako Google – hrajú takpovediac otvorenú hru. Ich počítače sú k dispozícii cez cloudový prístup prakticky komukoľvek, Celá komunita tak môže testovať ich schopnosti a všetkým je jasné, že k reálnemu nasadeniu majú ešte ďaleko.

Ich reakcia preto na seba nemohla nechať dlho čakať. Vo svojom článku argumentujú, že klasické počítače dokážu zadanú úlohu vyriešiť podstatne rýchlejšie – najneskôr za 2,5 dňa – a s podstatne vyššou pravdepodobnosťou úspechu. Je to, samozrejme, stále výrazne dlhšie ako stovky sekúnd, ale zjavne nemôžeme hovoriť o akejsi nadvláde.

Prísľub do budúcich rokov

Dosiahnutie „kvantovej nadvlády“ v roku 2019 sľuboval Google už dlhšie obdobie. Zdá sa, že cítil potrebu ju oznámiť bez ohľadu na to, či ju skutočne dosiahol. Urobil to pritom tak nešikovne, že pôvodný článok musel po pár hodinách stiahnuť a nahradiť ho o pár týždňov mierne upraveným. To však neznamená, že sa oblasť nehýbe dopredu. Fakt, že najväčšie IT firmy a množstvo startupov sa v oblasti kvantových počítačov angažujú, je prísľubom, že v nasledujúcich rokov sa dočkáme veľkých výsledkov.

• Vedecká práca na Fyzikálnom ústav SAV, Bratislava
• Vedecká práca na UVT, Masarykova univerzita, Brno
• Predseda proty a Odborný garant Ceny Dionýza Ilkoviča
• Prezident Medzinárodného Turnaja mladých fyzikov
• Podpredseda slovenského Turnaja mladých fyzikov
• Podpredseda slovenskej Olympiády mladých vedcov

Za sprostredkovanie ďakujeme medializuj.sk.