Nový experiment naznačuje, že digitální počítače mohou brzy zastarat. V praktických úlohách by je do dvou let mohly předstihnout počítače kvantové.

Takový vývoj by mohl přinést výrazný pokrok ve farmacii, ale i nová bezpečnostní rizika.

Jsou blíž, než jsme mysleli

„Kvantové stroje se blíží,“ říká Sabrina Maniscalcová, generální ředitelka finského startupu Algorithmiq, která se zabývá kvantovými počítači, v rozhovoru pro Nature News.

Její výrok se mimo jiné opírá o výsledek studie publikované v magazínu Nature, při které výzkumníci využili kvantový počítač Eagle od IBM k simulaci magnetických vlastností skutečného materiálu. Počítač tuto úlohu zvládl rychleji než ten klasický.

Podařilo se to speciálním postupem při omezování chyb, který kompenzoval šum, základní slabinu kvantových počítačů.

Zatímco tradiční počítače založené na křemíkových čipech se spoléhají na „bity“, nabývající pouze jedné ze dvou hodnot 0, nebo 1, kvantové počítače používají kvantové bity neboli qubity, které mohou nabývat mnoha stavů najednou.

Vyžívají přitom superpozici, kdy částice může existovat ve více stavech současně, a také kvantové provázání, kdy stavy vzdálených částic mohou být propojeny tak, že změna jedné okamžitě změní druhou. To umožňuje qubitům provádět výpočty souběžně a mnohem rychleji než digitální bity, které postupují krok za krokem.

Kvantové počítače však 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.

V novém experimentu vypočítal 127qubitový superpočítač Eagle, který využívá qubity postavené na supravodivých obvodech, kompletní magnetický stav dvourozměrného tělesa. Výzkumníci potom pečlivě změřili šum každého qubitu. Ukázalo se, že určité znaky, jako například defekty v materiálu superpočítače, mohou spolehlivě předpovědět šum generovaný v každém qubitu.

Tým potom předpovědi použil k tomu, aby modeloval výsledek bez šumu, píše se v Nature News.

A komu tím prospějete?

Technicky vzato, kvantová nadvláda už byla dosažena v roce 2019. Tehdy kvantový počítač Googlu vyřešil za 200 sekund problém, jehož rozlousknutí by běžnému počítači trvalo zhruba 10 000 let.

Řešený úkol – vygenerování náhodných čísel a jejich kontrola – však neměl praktické využití. Úkol byl navíc navržen na míru kvantovému stroji.

Simulace magnetických vlastností v nové studii je ale cosi, co může snadno najít místo v běžném materiálovém výzkumu. Autoři studie se proto domnívají, že skutečná kvantová nadvláda může být na dosah.

Pokrok kvantových počítačů je patrný i na komerčně dostupných procesorech. Zatímco v roce 2016 operovaly experimentální kvantové počítače IBM 5 až 27 qubity, nynější studie využila procesoru Eagle se 127 qubity. A vloni IBM vydala zatím nejobsáhlejší procesor Osprey se 433 qubity

Pokud zmíněný experiment bude opakován dalšími vědeckými týmy, může to významně přispět k praktickému využití kvantových počítačů a také ke skuteční kvantové nadvládě. To by mohlo výrazně usnadnit například vývoj nových materiálů či léčiv – fyzikální a chemické simulace kvantových počítačů by z výzkumu mohly ukrojit dlouhé roky, které potřebují simulace soudobých počítačů nebo praktické pokusy.

Takový rychlý pokrok však může vytvořit nová bezpečnostní rizika, kvantové počítače mohou například mnohonásobně rychleji než běžné počítače prolamovat bezpečnostní bariéry.

Digitálních počítačů se každopádně nezbavujte. Ještě neřekly svůj poslední bit. Kvantové počítače stále využívají jejich architekturu. A kromě jiného mají stroje s jedničkami a nulami podstatnou výhodu – jsou mnohonásobně levnější.