Kvantové počítače sú ešte ďaleko od uvedenia do každodenného používania v bežnej domácnosti. Výskumníci z IBM si však v minulosti stanovili cieľ každý rok zvýšiť výkon svojho kvantového počítača na dvojnásobok. Tento rok sa im to podarilo a z 32 kvantových bitov sa dostali na celkový počet 64. Čo to však znamená pre používateľov a aký dopad to má na globálne kvantové preteky?
Čo je to kvantový počítač? A čo je to kvantový bit?
Kvantový počítač je výpočtová technika, ktorá namiesto bitov používa kvantové bity, tiež nazývané qubity. Zatiaľ čo bity, ktoré používajú všetky bežné počítače, môžu mať 2 hodnoty (1 alebo 0), kvantové bity môžu mať hodnotu 1, 0 alebo tretiu hodnotu plynúcu z kvantovej superpozície častice. Je to v podstate kvantový ekvivalent klasického bitu.
Tieto kvantové bity majú omnoho vyšší výpočtový potenciál a momentálne sa výskumníci snažia do kvantového počítača zmestiť čo najväčší počet qubitov, pretože práve tak sa zvýši jeho výkon. IBM prišlo s týmto benchmarkom a počet qubitov v kvantovom počítači sa nazýva kvantový objem (quantum volume). V roku 2019 kvantový počítač od IBM mal kvantový objem 32 qubitov a tento rok je to 64 qubitov. Ako presne sa im to podarilo sa dozviete v tejto odbornej publikácií.
Prečo je pre IBM tak dôležité zvyšovať kvantový objem?
Kvantový objem je momentálne najspoľahlivejší spôsob, pomocou ktorého sa dá určiť výkon kvantového počítača. Neustále zvyšovanie výkonu týchto počítačov je veľmi dôležité najmä preto, aby sa udržal záujem verejnosti a investorov o túto zaujímavú technológiu, ktorú nebudeme v blízkej dobe používať na každodenné úkony.
V budúcnosti by však kvantové počítače mohli dokázať skvalitniť náš život, pretože teoreticky sú schopné riešiť problémy, ktoré sú absolútne mimo možností bežných počítačov: vývoj materiálov na molekulárnej úrovni, tvorba liekov či tvorba úspešnejších investičných portfólií.
Tento prísľub bol dosť na to, aby prilákal stovky investorov a záujem niekoľko z najväčších svetových technologických spoločností, ako je Google, IBM, Intel či Microsoft. Zároveň to bol dôvod pre vznik mnohých nových startupov alebo pre oživenie „mŕtvych“ spoločností, ako je napríklad Honeywell. A aj napriek tomu, že sa táto technológia stále nachádza v plienkach, IBM, líder v tomto odvetví, má v prevádzke už 22 kvantových počítačov, čo je 4 viac než na začiatku roka.
Kvantové preteky už odštartovali
Technologické preteky na poli kvantových počítačov sa však výrazne líšia od toho, na čo sme v technologickom odvetví zvyknutí. Z veľkej časti za to môže fakt, že každý výskumný tím má na otázku toho, ako by mal vyzerať kvantový počítač, celkom inú odpoveď. Aby ste mali lepší pohľad na to, ako rozdielne sú jednotlivé prístupy, môžete si to predstaviť preteky medzi bicyklom, elektrickou kolobežkou, lietadlom, vesmírnou stanicou, kamiónom a elektrickým skútrom. Každý tím má úplne inú filozofiu.
Prístup IBM a Googlu je celkom podobný. Obaja používajú qubity schladené na takmer absolútnu nulu, čo je chladnejšie ako vákuum vesmíru. Má to však dobrý dôvod, keďže qubity sú veľmi výkonné, no ľahko ich zničí teplo. Honeywell na druhej strane využíva systém ktorý nazývajú „pasca“ (trap), v ktorej sú zachytené častice nazývané ióny. Intel má mierne zastaralý spôsob, keďže využíva elektróny rovnako, ako dnešné počítače, no ich „spin“ využíva ako tretiu hodnotu. Na opačnej strane spektra je Microsoft, ktorý prišiel s technológiou topologických qubitov. Až v budúcnosti zistíme, ktorý z týchto prístupov je najlepší.
„Dodnes sme nevideli ani jeden kompletný, stabilný a použiteľný systém využívajúci spinové qubity.“
Jay Gambetta – viceprezident kvantovej divízie IBM Quantum
Výskumníci v súčasnosti ovládajú kvantové počítače pomocou klasických počítačov tak, že im odošlú príkaz na vykonanie výpočtu a dostanú späť odpoveď.
Ako ďaleko od masovej výroby je IBM?
Ďaleko. Aj napriek tomu však pracujú na spôsobe, ktorý by umožnil zmestiť čo najviac qubitov na čo najmenšiu plochu. Ich kvantový čip IBM Falcon ich má 27, čo vôbec nie je veľa. Oficiálne informácie však hovoria o tom, že IBM zmestilo 53 qubitov do nadchádzajúceho čipu IBM Hummingbird. Prístup IBM umožňuje spájať qubity z rôznych čipov, vďaka čomu sa teoreticky dá jednoducho zvýšiť ich počet v kvantovom počítači.
„Čoskoro vydáme druhú verziu IBM Quantum Hummingbird, ktorá bude veľký krok vpred oproti prvej verzii.“
Jay Gambetta – viceprezident kvantovej divízie IBM Quantum
Odborníci z tohto odvetvia však hovoria, že minimálny počet qubitov pre plne funkčný kvantový počítač je aspoň jeden milión, pretože inak si jednotlivé qubity nevedia poradiť s výpočtovými chybami. Toto by sa mohlo podariť aj pomocou spojenia viacerých qubitov do „logických blokov“ (logical blocks), kde by tieto qubity pracovali spolu ako jeden extrémne výkonný qubit. Očakávame roky – ak nie desaťročia – výskumu predtým, ako sa svet dohodne na finálnej podobe kvantového počítača.