První fyzický kvantový počítač postavila IBM v roce 2016. Od té doby investovala obrovské množství prostředků do výzkumu a inovací právě v oblasti kvantových technologií. Jeden kvantový počítač totiž stojí i vyšší desítky milionů dolarů.
„Naše síť kvantových počítačů je nyní jedna z těch největších a obsahuje i počítače s 433 qubity,“ popisuje v rozhovoru Martin Švík. Kvantové počítače budou nově používat také vědci z ČVUT.
Jaké výhody může ČVUT z připojení do ní mít a mezi koho se tím zařazuje?
Obrovskou výhodu vidím v tom, že naši síť kvantových počítačů stavíme jako otevřený systém, do kterého pouštíme právě například světové univerzity včetně americké University of Chicago, University of Washington nebo japonské Tokijské univerzity.
Aktuálně je to kolem tří stovek organizací, které si mezi sebou sdílí výstupy, z toho je to 14 zemí z Evropy.
Martin Švík
|
Čeho jsou tedy schopny kvantové počítače? A jaký je rozdíl mezi simulátory, které české univerzity používaly doteď, a reálným přístupem ke kvantové technologii?
Kvantové počítače používáme například k hledání nových chemických látek nebo nových léků, jsou velmi dobré k hledání optimálních minim či maxim.
Prací s nimi posouváme celou oblast výzkumu, simulátory jsou totiž kvůli své nepřesnosti používány spíše k výuce než k samotným inovacím. Dobře se s nimi hledají také prvočísla.
Ta se používají v kryptografii. Pomáhají kvantové počítače i při šifrování?
Ano, kryptografické algoritmy jsou postavené na násobení velkých prvočísel. S dnešními počítači nejsme schopni běžné šifry rozklíčovat. Je dokázáno, že k nalezení klíčů a prvočísel běžné šifry potřebuje obyčejný počítač deset tisíc let. Dostatečně výkonný kvantový počítač ji rozluští za hodinu.
Nejde ale jen o šifrování. Pokud budeme mít dostatečné množství studentů používající reálný kvantový počítač, můžeme zde v rámci aplikovaného výzkumu vybudovat centra pro chemický či farmaceutický průmysl.
Kdo další v Evropě pracuje s kvantovou technologií?
Například skupina Erste Group, výzkum a vývoj v oblasti kvanta dělají i lidé z České spořitelny. V rámci metody Monte Carlo (matematická technika, která využívá velkého počtu náhodných čísel, slouží k předpovídání přibližných číselných hodnot budoucích událostí, pozn. red.) testují algoritmy v oblasti finančního sektoru.
ČVUT se připojuje do kvantové sítě. Má urychlit vědu i zabránit kyberhrozbám |
Absolutní nula přináší chyby
IBM používala kvantové technologie také při spolupráci se Státní pokladnou Centrem sdílených služeb (SPCSS), kdy poskytovatele státních datacenter připravovala na potenciální kyberútoky. Jak obstáli?
Kvantové počítače budou brzy dostatečně výkonné na to, aby dokázaly prolomit některé z nejpoužívanějších bezpečnostních protokolů. Je proto na čase připravit se na éru kvantové výpočetní techniky včetně rizik, která přináší. S tím souvisí také konzultační činnost, pomocí dotazníků a dalších technik jsme státnímu podniku připravili analýzu a doporučení.
Vůbec nevíme, jak daleko jsou v oblasti kvantové technologie jiné země, jako je například Čína, Rusko, evropské země. Musíme ale předpokládat, že jsou s vývojem mnohem dál než my.
Kvantové počítače mají svou Achillovu patu. Kvantové stavy qubitů jsou neuvěřitelně křehké, i to nejmenší narušení z vnějšího prostředí může narušit jejich stavy, a tím také informace, které nesou. Proto jsou kvantové počítače velmi náchylné k chybám.
Můžete porovnat kvantové technologie a umělou inteligenci (AI)? Na konferenci jste přirovnávali kvanta k zavedení elektřiny.
AI je tu s námi dlouho, vlny zájmu přicházely a odcházely, teď se o ní opět hodně mluví vzhledem k používání velkých jazykových modelů, protože nejednou lidé vedou dlouhé dialogy s „robotem“. Kvanta jsou oproti AI stále na začátku.
Jak se vyrábí kvantové počítače? Kde mají zatím limity?
Budu mluvit jen za IBM. Náš počítač je postaven na supravodičích, snažíme se jeho částice zamrazovat téměř na absolutní nule. S tím mohou přicházet i chyby ve výpočtech, částice může překmitnout. Vývoj je ale velmi rychlý, meziročně jsme tisíckrát snížili chybovost.
Nad IT je „mrak“. Budoucnost vidí experti v cloudu nebo neviditelných senzorech |
Počítače musí začít „myslet“ jinak
Jak jsou důležité ony částice?
Říká se jim kvantové bity, nebo qubity. Jsou to jednotky kvantové informace odvozené od klasického bitu. Jedná se o jeden ze stěžejních pojmů v oblasti kvantových počítačů. Když v rámci návrhu čipu přidáte jeden qubit, zdvojnásobíte jeho výkon.
Jen pro představu, jak jsme se zatím posunuli, v roce 2016 jsme měli počítač o pěti qubitech, dnes jich máme tisíc. Stavíme tak na hlavu Moorův zákon o dvojnásobku (V roce 1965 stanovil Gordon Moore v časopisu Electronics Magazine dnes již proslulý Moorův zákon, který tehdy zněl takto: „Počet tranzistorů, které mohou být umístěny na integrovaný obvod jako je procesor, se při zachování stejné ceny zhruba každých 18 měsíců zdvojnásobí,“ pozn. red.). Nevěnovat se této technologii i přes aktuální omezující podmínky by nebylo dobře.
Jaké jsou ty omezující podmínky?
Aktuálně je to především chybovost počítače. Čím složitější máme programy, tím je větší pravděpodobnost, že výpočet bude trvat příliš dlouho a v procesoru dojde k chybám kvůli nestálosti prostředí blízkého absolutní nule. Na odstranění těchto problémů se intenzivně pracuje.
Stále také myslíme binárně, počítače jsou posledních padesát let ve dvojkové soustavě. Kvantová technologie je ale jiná, i proto o ní musíme přemýšlet jinak a zapojovat do kvantového ekosystému jak univerzity, tak i stát.
Můžou kvantové technologie přinést i nové obory a nová pracovní místa? Vidím je hlavně ve výpočetní technice. Už nyní díky ní hledáme nové léky, studenti v rámci výzkumu hledají nové materiály. S kvantovým počítačem je mnohem jednodušší simulovat přírodní jevy.
V bankovnictví zase budeme schopni pomoci se zachytáváním kyberpodvodů, které stále narůstají. Kvantová technika se může propsat do všech oborů.
Kolik je na světě kvantových počítačů a kolik se toho na nich spočítá?
Celkem je nabízí jednotky firem, bavíme se o stovkách až tisících kvantových serverů různé výkonnosti. Některé ještě nedokážou vykonávat komplexní výpočty. V IBM denně vypočítáme přibližně pět miliard programů.
Jak fungují kvantové počítače
|
