TLDR verze: Kvantový počítač má poprvé výrazně navrch před počítači bitovými. Ale jenom v jednom typu kalkulace. A taky jenom možná. Zhodnocení zprávy MIT Tech Review zde.

Pozn: článek byl 24. 10. aktualizován po potvrzení výzkumu, viz nejspodnější odstavec. 

Kvantový pokrok!

Mám rád staré sci-fárny. Nějaký vědátor v nich přijde k počítači, zasune děrovaný štítek s otázkou, kontrolky si trochu zablikají a ven vyjede odpověď o smyslu života, vesmíru a vůbec. V reálu asi všichni víme, že se skutečnými počítači je daleko těžší pořízení. Nicméně, jeden typ mašin – kvantové počítače – se v posledních letech častěji dostává do reflektorů. Nejenže „kvantové počítače“ znějí ohromně futuristicky, ale navíc slibují pro budoucnost počítačů velké věci! I když ne takové, jako od nich očekáváte…

Jejich výzkum se zrychluje. Fachmani z Googlu se tak minulý týden pochlubili svým nejvýkonnějším kvantovým počítačem s celými 53 qubity. Tedy s oněmi „kvantovými verzemi“ bitů, na jejichž základě vám videohry a/nebo porno ukazují i tradiční počítače.

Qubity mají oproti binárním (jedničky a nuly) bitům tu výhodu, že můžou nabývat jedniček, nul, čehokoliv mezitím a třeba toho všeho i najednou! Zní to magicky, ale pokud si vzpomenete na Schrödingerovu čičinu, snad si i vybavíte, že na kvantové úrovni se prostě dějí věci, kterým my, stvoření z makrosvěta, prostě selskou logikou rozumíme hůře. Trochu jako když by váš kamarád byl Albert Einstein.

Qubitům každopádně tyhle kvantové vlastnosti dovolují kousky, které si binární bity dovolit nemůžou. A to se náramně hodí pro některé typy operací. Nenechte se ale mýlit – kvantové počítače nejsou automaticky lepší než počítače běžné. Kvantová kalkulačka (až bude) vám nerozjede Dooma o něco rychleji než kalkulačka nekvantová. Kvantové mašiny se však hodí k některým typům operací, které bitovým počítačům prostě trvají dlouho a/nebo jdou blbě. Typickým příkladem jsou fyzikální simulace nebo dešifrování.

Bohužel, qubity jsou mršky záludné. Ačkoliv jde o abstraktní pojem (podobně jako vám ani nějaké hmotné bity neběhají běžným počítačem), mají qubity obvykle podobu nějaké elementární částice. Elektron v obalu atomu nebo foton jsou dvě typické možnosti. Jejich sešněrování pro naše úkoly je složité. Škálování qubitů je tak liškou ryšavou, a i velcí hráči vývoje počítačů jako IBM nebo Google jenom horko, těžko dosahují kvantových čipů s desítkami qubitů. IBM například jenom před pár dny představil nový prodávaný (!) počítač s 53 quibity. Jejich loňský měl qubitů jen 20.

Doufám, že vám teď kontextová reklama nabízí nějaké levné qubity. 

Vstříc nadřazenosti!

Z toho je asi nejlíp vidět, že i pár qubitů je prostě významný pokrok kupředu. Možná dokonce tak významný, že i relativně podobné počty qubitů stačí na dosažení kvantové nadřazenosti. To sice zní jako nějaký pojem z Berlína roku 1933, ale fskutečnosti označuje potenciální milník, kdy kvantové počítače překonají počítače běžné!

Tím se dostáváme k aktuální studii z minulého týdne. V řeči čísel daná rychlost znamená, že kvantová mašina Googlu zřejmě nedávno provedla za 3 minuty kalkulaci, která by superpočítači IBM trvala 10 tisíc let! Nebo taky jinak – daný kvantový systém je snad až 1,5 a 2 miliardkrát rychlejší než bitový superpočítač! Experimentu mělo být dosaženo v rámci simulace NASA.

Nicméně! Jedním dechem je nutno dodat, že tato rychlost platí jenom pro onu jednu specifickou kalkulaci. Tedy stejně jako jsem nahoře zmiňoval, že kvantové počítače nemusejí být rychlejší než hraní Dooma, tato rychlost opět neznamená, že nová mašina Googlu rozjede dvoumiliardkrát rychleji Zaklínče, Word nebo třeba ten PornHub. Znamená ale potenciálně možnost rychleji provádět právě ty simulace či kryprografii či dokonce obracení času, s nimiž běžné počítače jaksi zápolejí.

Vzdor tomuto disklejmru lze tedy říct, že podobné dosažení kvantové nadřazenosti by rozhodně bylo velmi dobrou zprávou. Ukazuje, že vývoj kvantových počítačů kráčí správným směrem a již brzy bychom některé záludné operace mohli provádět s lehkostí vskutku nevídanou! Fyzici se můžou těšit na lepší simulace Velkého třesku, chemici (a návrháři léků) na lepší simulace chemických reakcí, vojáci zase na lepší probourávání zabezpečení. Zajímavé věci kvantové počítače nabízejí i pro vývoj umělé inteligence.

Leč útoků hackerů se zatím bát nemusíme, už tak bude nějakou dobu trvat, než se z laboratoří dostane do armády a teprve odtamtud povede ještě dlouhá cesta do hackerského doupěte v suterénu. Do té doby však bude i ochrana proti útokům hrubou silou na trochu jiné úrovni. Navíc, stále více služeb dnes používá dvojfázové ověření, které „ha, prolomil jsem ti heslo!“ berou docela vítr z plachet.“

Máme tedy z mrazáku vytáhnout šáňo? Zatím ho nechme ještě chvíli mrazit. Jak jste si všimli ze slov „zřejmě“ nebo „snad“, novinka z dílny Googlu je totiž zatím stále velmi nejistá.

Schrödingerovský milník

Zprávu totiž přinesly noviny The Financial Times s odvoláním na čerstvě publikovanou studii, která byla velmi brzy na to stažena. Stažení studie ale znamená, že momentálně nelze nic moc nezávisle ověřit. Google se sám nevyjádřil ani dotazům jiných médií včetně těch odbornějších. Takže novinka je momentálně stejně tak platná jako neplatná. Příhodné.

To může znamenat, že celá novinka je nevěrohodným bulšitem (což ovšem u Googlu nezní jako moc validní možnost) anebo že si titulek trochu zapřeháněl a bude ho třeba ještě verifikovat před (re)publikací. Kvantové nadřazenosti třeba mohlo být dosaženo – ale jenom u velmi specifické operace za velmi specifických kritérií. A bez nezávislé kontroly. Což by asi stále bylo velmi pozitivní! Ale je to také nadřazenost dost selektivní. Trochu jako když váš kamarád umí otevírat lahve od piva pomocí pupíku.

I pokud má Google momentálně milník v kapse – což se teprve bude muset ještě dále prověřit – jde stále o vysoce experimentální mašinu. A takovou vám (ani fyzikům, chemikům, vojákům) ten zelený sviňák z reklamy ještě dlouho nebude prodávat v předvánočním čase…

Článek případně později updatuju, pokud se vše potvrdí či vyvrátí. Pokud na to nezapomenu.

Aktualizace 24. 10.:

Tak to ti maniaci dokázali! Dnešní oznámení definitivně potvrdilo dosažení kvantové nadvlády! Nicméně – pořád je to dost schrödingerovského rázu. Onen experiment, při němž Google totiž překonal binární počítače, je velmi specifický.

Mašina při něm v zásadě prováděla tisíce až miliony měření obvodu jedné kvantové brány, kterou si následně nasimulovala sama o sobě a měření opakovala v hledání pravděpodobnějších výsledků. To v zásadě znamená, že kvantový počítač simuloval kvantový počítač. No, a ano – v tomto typu úkolu není překvapivé, že kvantový počítač ze své povahy překonal binární superpočítač.

Pantátové z Googlu mluví o tom, že je vlastně jedno, že podobný pokus není úplně praktického rázu. Mluví o „sputnikovském momentu“, kdy je významné samotné dosažení milníku – a o praktičtějším posunu se budeme bavit až později. V čemž mají v zásadě pravdu. Nelze jim vytýkat, že překonali kvantovou propast, a zároveň při tom nenašli lék na rakovinu…

Na druhou stranu, pořád to znamená, že praktická kvantová převaha stále překonána nebyla. IBM navíc dodává, že podle nich by klasický počítač daný experiment udělal za 2,5 roku, ne 10 tisíc let, jak tvrdí Google. Což je pořád vyšší suma než v případě počítače Google… Ale ne tak masivně.

A ačkoliv posílám do Googlu za jejich milník pozitivní energii (skrze přepětí v síti), jako někdo, kdo doufá v masivní posun v medicíně, AI i fyzice právě díky kvantovým počítačům, se více těším na ty praktické horizonty. Je nasnadě, že po nynější zprávě jsou o něco blíže. Ale o kolik, to ukáže až budoucnost.

[LL, MJ]

Uhlíkové počítače (ty bitové) si nicméně možná pořídíme už za pár let:

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol – podpořte i vy drobákem mojí snahu informovat o vědě věčně & vtipně a přispějte mi v kampani na Patreonu.

A sledujte mojí snahu případně i na Facebooku či YouTube!