Kvantové počítače by mohly řešit i „neřešitelné“ paradoxy

TLDR verze: Jde samozřejmě jenom o matematickou teorii, byť podpořenou kousek kvantové fyziky. Ale nikdy nevíme, kam podobné bádání jednou dojde! Důkaz tu.

42

Křemík, uhlík, qubity – i když občas lidi straší tím, že se Mooreův zákon zastaví jako poraněná laň, zatím se nezdá, že by vývoj počítačů stál na místě! Jasně, pro vaši herní mašinu se toho tak moc nemění jako třeba v devadesátkách, kdy byly praktické aplikace doslova fičák! Ale skutečnost, že máme dnes existující kvantové počítače, je při trochu obecnějším náhledu vcelku impresivní! A možná se blíží i okamžik, kdy se mašin budeme moct zeptat na smysl života, vesmíru a vůbec. Nová studie totiž přichází s ideou na počítač o jakémsi nekonečném výkonu. Cožeto?

Běžný počítač „turingovského“ typu vypadá tak, že má teoreticky nekonečnou pásku (paměť). Bohužel ta páska je mechanická, takže zapsat na ni nekonečně mnoho dat bude nějakou tu dobu trvat. Pochopitelně jen, pokud stroj neběží na Linuxu. Pak by to zvládl za 13 vteřin! #zdravím_Linuse_Torvaldse

Zkrátka a dobře, na jakejkoliv problém složitější než řešení soustavy desíti rovnic o x^5 neznámých, jedné odmocnině, dvou manželských hádkách a třech koťátkách vám nebude stačit dostatek času. A to, prosím pěkně, vlastně ani na dnešních superpočítačích! A pak tu je ta nepříjemnost, že u některých problémů se zkrátka ví, že řešitelné nejsou vůbec. A to třeba tím, že když už se konečně dostanete k jeho řešení, tak je v rozporu s požadavky na řešení. Jinou kategorií jsou problémy, u kterých hrozí že budete počítat donekonečna a stejně vám správné řešení vždycky o krůček uskočí. Něco jako volba správného dárku pro tchýni.

Každopádně, vědátoři se nedali zadarmo a tak začali hledat způsoby, jak restrikce Turingova stroje (sic!) obejít. Jedním z takových nápadů bylo, že patřičný počítač se může zeptat kolegy, který má nekonečný výkon. Aby to nebylo tak jednoduché, tak tento váš kolega vám nezřídkakdy neporadí správně (to je takový celkem smysluplný požadavek pro počítač, u kterého sedí periferie značky Homo sapiens).

Zdroj: Česká televize

Máte nekonečný výkon? A můžu ho vidět?

Aby bylo jasno, řeč je teď o čistě teoretickém logickém konstruktu běžného počítače komunikujícího s kvantovým. Počítač s nekonečným výkonem neexistuje, a (nejspíše) ani existovat nemůže. Ale jeho teoretické studium nám může posloužit i ke studiu některých WTF jevů – obdobně jako například Schrödingerova kočka. Tu mimochodem nezmiňuji náhodou, ke kvantové fyzice se za chviličku dostaneme ještě víc.

U takovýchto počítačů byly prokázány některé zajímavé vlastnosti, které ale jednak vyžadují pokročilejší znalosti celé problematiky teorie výpočetní složitosti a navíc se z velké části odehrály v devadesátkách. Tedy v době obézních zarostlých ajťáků. Zmiňme jen, že současně s tím byl navržen typ strojů, který měl tyto nedůvěřivé rádce hned dva.

Překvapivě tento typ počítače vykazoval lepší úspěšnost v řešení těžkořešitelných problémů než jeho kolega o podláka chudší. Partička vědátorů pak využila kvantovou mechaniku pro provázání oněch dvou – jinak naprosto nezávislých – rádců. Co je důležité, podařilo se jim prokázat, že problémy řešitelné tímto strojem spadají do třídy tzv. rekurzivně spočetných jazyků, tedy skupiny problémů na kterých si běžné počítače vylámou zuby. Právě proto, že neumí počítat donekonečna…

Sami autoři tak tvrdí, že by se jim díky tomu mohlo podařit vyřešit nejvýznamněší problém celé galaxie – a koneckonců také to, co udělalo z Alana Turinga ikonu popkultury druhé kategorie, filmovou hvězdu a jednoho z největších vědců historie – a to Problém zastavení Turingova stroje neboli halting problem. Teoreticky by tak odsunuli na vedlejší kolej doposud uznávanou tezi, že rekurzivně spočetné jazyky (nakolik mají „spočetné“ v názvu) jsou celkem naprd, protože se nedají spočítat.

Jenom uvažujeme, lidi!

Stále platí, že nynější práce je toliko matematický konstrukt, který nemá v realitě o moc pevnější ukotvení než váš včerejší vlhký sen. Rozhodně nezaručuje, že podobná sestava někdy vznikne, ani že rozjede Dooma! Jde ale o velmi sympatický druh „out of the box“ uvažování. Jeden nikdy neví, jaké dobroty může jednou podobné kdysi teoretické přemýšlení přinést!

Připomínám teď svou oblíbenou historickou pikošku starou jedno až jedno a půl století. Jedni z prvních vědátorů hodných toho označení tehdy teoreticky popsali jakési divné částice elektrony. Trvalo dalších pár dekád, než elektrony J.J. Thomas v roce 1897 objevil prakticky. Trvalo sice víc jak další půlstoletí, než reálně přišla elektronika – ale dnes ji bereme za zcela běžnou součást naších dní. ím samože neříkám, že si jednou vsunete do laptopu kvantovou disketu a on vám v mžiku řekne, jestli bylo dřív vejce nebo slepice.

Ostatně obdobně, jako zřejmě nikdy nebudeme mít Matrix. Ale stejně jako by vám teorie Richarda Laminga v polovině 19. století, kdy si lidi sotva zvykali na parní lokomotivy, přišly divné, jednou může něco praktického vzejít i z úvah aktuální práce!

Otázkou tedy jen je – nakolik je úspěch nahradit: „se 100% jistotou to počítač nespočítá“ přístupem: „když se nám dneska kvarková polívka obzvláště vydaří, možná to počítač spočítá a to dokonce dřív, než za bilion bilionů nekonečen dní„. Tak i tak by moc nemělo smysl takový počítač konstruovat. Pokud tedy nejste Lunkvila a Fuka a nemáte pár milionů let času.

O to zajímavější je výsledek pro teoretickou informatiku – a potažmo také kvantovou mechaniku. Na jednu stranu svým způsobem boří (i když zde svádí říkat spíš „obchází“) současné zákonitosti a na tu druhou může obohatit kvantovou mechaniku o nové oblasti bádání. Okamžik, kdy počítač budoucnosti vyplivne ven „čtyřicetdvojku“, je tak možná o něco blíž!

[MJ, LL]

Ne, že by kvantové počítače nebyly samy o sobě vyšší dívčí i bez hybridizace s klasickými počítači…

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!

Diskuze

Reklama