Kvantové počítače jsou ještě daleko od uvedení do každodenního používání v běžné domácnosti. Výzkumníci z IBM si však v minulosti stanovili cíl každoročně zvýšit výkon svého kvantového počítače na dvojnásobek. Letos se jim to podařilo a z 32 kvantových bitů se dostali na celkový počet 64. Co to však znamená pro uživatele a jaký dopad to má na globální kvantové závod?
Co je to kvantový počítač? A co je to kvantový bit?
Kvantový počítač je výpočetní technika, která namísto bitů používá kvantové bity, také nazývané qubity. Zatímco bity, které používají všechny běžné počítače, mohou mít 2 hodnoty (1 nebo 0), kvantové bity mohou mít hodnotu 1, 0 nebo třetí hodnotu plynoucí z kvantové superpozice částice. Je to v podstatě kvantový ekvivalent klasického bitu.
Tyto kvantové bity mají mnohem vyšší výpočetní potenciál a momentálně se výzkumníci snaží do kvantového počítače vecpat co největší počet qubity, protože právě tak se zvýší jeho výkon. IBM přišlo s tímto benchmarkem a počet qubity v kvantovém počítači se nazývá kvantový objem (quantum volume). V roce 2019 kvantový počítač od IBM měl kvantový objem 32 qubity a letos je to 64 qubity. Jak přesně se jim to podařilo se dozvíte v této odborné publikaci.
Proč je pro IBM tak důležité zvyšovat kvantový objem?
Kvantový objem je momentálně nejspolehlivější způsob, pomocí kterého lze určit výkon kvantového počítače. Neustálé zvyšování výkonu těchto počítačů je velmi důležité zejména proto, aby se udržel zájem veřejnosti a investorů o tuto zajímavou technologii, kterou nebudeme v brzké době používat pro každodenní úkony.
V budoucnu by však kvantové počítače mohly dokázat zkvalitnit náš život, protože teoreticky jsou schopny řešit problémy, které jsou absolutně mimo možností běžných počítačů: vývoj materiálů na molekulární úrovni, tvorba léků či tvorba úspěšnějších investičních portfolií.
Tento příslib byl dost na to, aby přilákal stovky investorů a zájem několik z největších světových technologických společností, jako je Google, IBM, Intel či Microsoft. Zároveň to byl důvod pro vznik mnoha nových startupů nebo pro oživení „mrtvých“ společností, jako je například Honeywell. A i přesto, že se tato technologie stále nachází v plenkách, IBM, lídr v tomto odvětví, má v provozu již 22 kvantových počítačů, což je o 4 více než na začátku roku.
Kvantové závody už odstartovaly
Technologické závody na poli kvantových počítačů se však výrazně liší od toho, na co jsme v technologickém odvětví zvyklí. Z velké části za to může fakt, že každý výzkumný tým má na otázku toho, jak by měl vypadat kvantový počítač, zcela jinou odpověď. Abyste měli lepší pohled na to, jak rozdílné jsou jednotlivé přístupy, můžete si to představit závod mezi kolem, elektrickou kolobežkou, lietadlom, vesmírnou stanicou, kamiónom a elektrickým skútrom. Každý tým má zcela jinou filozofii.
Přístup IBM a Googlu je docela podobný. Oba používají qubity zchlazené na téměř absolutní nulu, což je chladnější než vakuum vesmíru. Má to však dobrý důvod, protože qubity jsou velmi výkonné, ale snadno je zničí teplo. Honeywell na druhé straně využívá systém který nazývají „past“ (trap), v níž jsou zachyceny částice nazývané ionty. Intel má mírně zastaralý způsob, protože využívá elektrony stejně, jako dnešní počítače, ale jejich „spin“ využívá jako třetí hodnotu. Na opačné straně spektra je Microsoft, který přišel s technologií topologických qubitů. Až v budoucnu zjistíme, který z těchto přístupů je nejlepší.
Jay Gambetta – viceprezident kvantové divize IBM Quantum „Dodnes jsme neviděli ani jeden kompletní, stabilní a použitelný systém využívající spinové qubity.“
Jay Gambetta – viceprezident kvantové divize IBM Quantum
Výzkumníci v současnosti ovládají kvantové počítače pomocí klasických počítačů tak, že jim odešlou příkaz k provedení výpočtu a dostanou zpět odpověď.
Jak daleko od masové výroby je IBM?
Daleko. I přesto však pracují na způsobu, který by umožnil vejít co nejvíce qubity na co nejmenší plochu. Jejich kvantový čip IBM Falcon jich má 27, což vůbec není mnoho. Oficiální informace však hovoří o tom, že IBM vešlo 53 qubity do nadcházejícího čipu IBM Hummingbird. Přístup IBM umožňuje spojovat qubity z různých čipů, díky čemuž se teoreticky dá jednoduše zvýšit jejich počet v kvantovém počítači.
„Brzy vydáme druhou verzi IBM Quantum Hummingbird, která bude velký krok vpřed oproti první verzi.“
Jay Gambetta – viceprezident kvantové divize IBM Quantum
Odborníci z tohoto odvětví však říkají, že minimální počet qubitů pro plně funkční kvantový počítač je alespoň jeden milion, protože jinak si jednotlivé qubity neumí poradit s výpočetními chybami. Toto by se mohlo podařit i pomocí spojení několika qubitů do „logických bloků“ (logical blocks), kde by tyto qubity pracovaly spolu jako jeden extrémně výkonný qubit. Očekáváme roky – ne-li desetiletí – výzkumu předtím, než se svět dohodne na finální podobě kvantového počítače.