Vo svete častíc menších ako atóm napríklad neplatia niektoré pravidlá, ktorými sa riadime v našom bežnom živote. Tie sú zároveň dôvodom, prečo môžu kvantové počítače spôsobiť v niektorých odvetviach revolúciu.
Klasický počítač pracuje s informáciami vo forme bitov, pričom jeden bit, ako najmenšia dátová jednotka, môže mať hodnotu 0 alebo 1. Kvantový počítač na rozdiel od klasického uchováva informácie vo forme qubitov, pričom v tomto prípade qubit môže byť nulou aj jednotkou zároveň. Ako qubity sa dajú použiť fotóny či elektróny, ktoré môžu existovať v tzv. kvantovej superpozícii – to znamená, že s určitou pravdepodobnosťou sa nachádzajú v dvoch rozdielnych stavoch súčasne. Táto nám vzdialená predstava sa zvykne často ilustrovať na príklade Schrödingerovej mačky. Ide o myšlienkový experiment, v ktorom je mačka ukrytá v škatuli s pravdepodobnosťou 50 % živá a s pravdepodobnosťou 50 % mŕtva.
Každý posun zdvojnásobením výkonu
Výhoda práce s kvantovými počítačmi sa prejavuje pri zložitejších a časovo náročnejších úlohách vďaka tomu, že množstvo informácií uložených vo forme qubitov exponenciálne narastá. Kým 2 qubity obsahujú 4 bity informácií, 3 qubity 8, 4 qubity už 16 a tak ďalej. Čím vyššie postupujeme, tým je táto výhoda zreteľnejšia. Napríklad 10 qubitov obsahuje 1024 bitov informácií a 300 qubitov sa rovná 2300 klasických bitov, čo je približne toľko, ako je odhadovaný počet častíc vo vesmíre.
Súčasné prototypy kvantových počítačov majú kapacitu 50 – 76 qubitov a je potrebné si uvedomiť, že každý posun o jeden qubit nahor predstavuje zdvojnásobenie predošlého výkonu. Uvádza sa, že najväčšie prednosti kvantových počítačov v porovnaní s tými klasickými sa ukážu niekde pri 1000 qubitoch.
Sila pri výpočtoch a simuláciách
Treba však zdôrazniť, že kvantové počítače nie je možné vnímať ako univerzálnu náhradu za dnes používané počítače. Bežní používatelia by benefity kvantových počítačov pri práci s kancelárskym balíkom či prehliadaní internetu nepocítili. Ich výhoda totiž nespočíva v zlepšení rýchlosti jednotlivých čiastkových operácií, ale v neporovnateľne nižšom počte operácií, ktoré je potrebné vykonať pre dopracovanie sa k výsledku.
Prednosti sa tak naplno ukážu pri zložitých výpočtoch a simuláciách, ako môžu byť napríklad modelovanie vývoja klímy, riešenie zložitých matematických problémov, génové inžinierstvo či šifrovanie komunikácie. Kým najvýkonnejšie klasické superpočítače by na vyriešenie niektorých z nich potrebovali desiatky či stovky rokov, kvantové počítače by ich dokázali vyriešiť v horizonte dní či týždňov.
Ako sudy na naftu
Kvantové počítače sa od tých klasických líšia nielen tým, na akom princípe pracujú, ale aj tým, ako vyzerajú. Súčasné prototypy pripomínajú skôr veľké sudy na naftu a pre ich fungovanie je okrem iného kľúčové udržiavanie extrémneho chladu a izolácia od okolitého prostredia. Zariadenia sú napríklad veľmi citlivé na otrasy. Sériová výroba kvantových počítačov je ešte stále poriadne vzdialená a uvažuje sa skôr o tom, že praktickejším využitím pre širokú verejnosť by bol prenájom výpočtového času. Skutočnosť, že vývoj kvantových počítačov je perspektívnym odvetvím, ktoré môže v určitých smeroch priniesť zásadné zmeny až revolúciu, dokumentuje aj skutočnosť, že na vlastných prototypoch pracujú spoločnosti ako Google, IBM či Intel.
1000 qubitov v roku 2023?
V roku 2019 Google a rok neskôr aj výskumníci z Čínskej vedecko-technickej univerzity v meste Chefej zverejnili informácie, že sa im podarilo dosiahnuť kvantovú nadvládu, teda že ich kvantový počítač bol schopný vyriešiť problém, na ktorý už klasické superpočítače pre svoju architektúru prakticky nestačia. V prípade Google mal ich procesor Sycamore vykonať výpočet, ktorý by superpočítaču trval tisíce rokov. IBM by zas chceli v roku 2023 predstaviť počítač s 1000 qubitmi.
Mohlo by vás zaujať:
Ľudstvo by si rado vytvorilo vlastné Slnko
Nový superpočítač je na svete: Kto sa ním môže pochváliť?
Martin učí počítače rozumieť nášmu mozgu
