TLDR: Géniové z Harvardu vyvinuli mašinku zvanou „programmable quantum simulator“, která zvyšuje počet používaných qubitů – základů kvantových počítačů. Zdroj hír.

A rozjede to remasterovanou Crysis?

Dáme si na úvod rychlokurz počítačové vědy, díky kterému budete moct dělat borce v hospodě. Klasický počítač, na kterém můžete právě číst tento článek, operuje na bázi bitů – ty nabývají hodnot 1 nebo 0. Nic mezi tím. Jenže takový kvantový počítač má kvantové bity, označovány zkráceně jako qubity – ty můžou být i jistou kombinací 1 a 0. Doposud nejlepší proto-kvantové počítače se pyšnily něco pod 100 qubity.

Jenže borci z Harvardu toto číslo posunuli na neuvěřitelných 256! Na tomto místě poděkujme vedoucímu studie Sepehru Ebadimu, ten nám to totiž krásně přiblížil, že: „Počet kvantových stavů, které jsou s 256 qubity možné, převyšuje počet atomů ve Sluneční soustavě!“

Krom zmíněného posunu ohledně počtu qubitů tkví průlom i v tom, jak tahle sofistikovaná kvantová hračka funguje. Hnací silou je prostorový modulátor světla, tzv. SLM – Spatial light modulator, který zvládne modulovat vlnovou délku světelných paprsků k tvorbě stovek individuálně zaměřených „optických pinzet“.

Jestli se Vám v hlavě zrovna vytvořil obrázek tažného paprsku ze Star Wars nebo Star Treku… tak máte vlastně pravdu, jen s pomocí zaměřených laserových optických pinzet nedokážete pohybovat hvězdnými korvetami, ale jen jednotlivými atomy. I to však stačilo Nobelově komisi, aby za tuto techniku udělila v roce 2018 Nobelovku za fyziku!

V roce 2017 přišla Harvardská grupa s první generací SLM kvantového PéCéčka, kde s pomocí laserových optických pinzet poskládali jedno-dimenzionální pole ultra-podchlazených rubidiových atomů, které plnili roli 51 qubitů. Vědátoři tak studovali, jak se takové pole dá programovat a jednotlivé qubity spolu interagují.

Protože dva rozměry jsou více než jeden, v novém výzkumu Harvardští rozestavili s pomocí optických pinzet 256 qubitů rovnou do dvou-dimenzionálního pole. Výsledkem je něco, co vypadá jako jednoduchý digitální monitor, kde si mohli vědátoři „vyqubitovat“ nějaké obrázky či animace (viz Obr 1). Ve skutečnosti jsou níže uvedené ukázky jen takovou srandičkou, dokazující to hlavní – úžasnou programovatelnost, tedy schopnost ovlivnit qubity,jak se vědátorům zachce a následně sledovat jejich vzájemné interakce…

V čem tkví průlom?

No jo, ale „bude kvůli tomu levnější chleba? To Vám nezodpovíme, co však víme je, že využití kvantových počítačů je skoro bezedné. Pro nastínění zmíním, kde všude by se daly využít: materiálová věda, AI, předpověď počasí, různé (např. finanční) modely a samo sebou postupné ovládnutí světa mocnými korporacemi.

Zkrátka každé zákoutí lidského konání, které potřebuje trochu výpočetního výkonu pro lepí plánování. Kvantové stroje by mohly lusknutím prstu vypočítat to, s čím se dnešní top počítače těžko perou. Jak říká o vlastní mašince Mikhail Lukin „Posouváme se do nové oblasti, kde dosud nikdo nebyl. Vstupujeme do zcela nové části kvantového světa.“

Důkazem, že se jedná o megalomanský projekt s obrovským potenciálem, je zapojení do jakéhosi závodu o první kvantový počítač špičkových vědeckých institucí (př. Univerzita v Tokyu, Chicagu a již zmíněný Harvard) a investice soukromých gigantů jako Google či IBM.

I přesto, že v dnešní době, kdy pořádné kvantové kompjůtry jsou v plenkách a hardcore vědci se těm komerčním smějí, máme mnoho zajímavých výsledků. Můžete se dočíst, že některé firmy už jedou v tisíci qubitech. Jenže on není qubit jako qubit, dost záleží JAK spolu fachají, a jestli ona mašinka oplývající tisíci qubity je vskutku univerzální počítač. Takový D-Wave se sice kasá 5000 qubity, problém je však ten, že jejich počin zvládne řešit jen jeden typ úloh – hledání minima složité funkce. Víc v přednášce hír.

A bude levnější chleba?

Jak uvádějí autoři výzkumu, již teď bylo pozorováno několik atypických kvantových stavů, jež nebyly doposud experimentálně ověřeny. Zároveň nám mašinka posloužila jako učebnicový příklad magnetismu na kvantové úrovni. Vzhledem k zapojení neuronových sítí do prakticky každého oboru výzkumu, včetně i nečekaných zákoutí jako jsou návrhy nových molekul a léčiv, hledání ideální struktury/konstrukce materiálů… Lze si představit že naboostování neuronovek o kvantové počítače tyto výzkumy nakopne jako Hulk Lokiho!

Ano, kvantové počítače nejsou pouze ve sci-fi, kde slouží jako scénáristická výmluva pro dosažení zdánlivě nemožného. Mnoho vědců na nich pracuje a jejich výsledek dokážou ocenit i soukromé firmy, jelikož je jim jasné, že ten, kdo bude mít první OPRAVDU kvantový počítač, dostane klíče od datového světa informací. Já vědcům držím palce a věřím, že kvantový počítač bude využit v dobrém!

[Šimon Černý, Jan „JaRon“ Tomáštík, Ladislav Loukota]

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – jeho kontaktní mail je [email protected]