Kvantový počítač vyřešil úlohu 13tisíckrát rychleji než obyčejný superpočítač

Nad řešením úlohy o propojených kvantových částicích by strávil ten nejrychlejší počítač světa několik roků plného výkonu. Americký kvantový počítač to dokázal zvládnout nesrovnatelně rychleji. Podle vědců to otevírá cestu takzvané kvantové nadřazenosti.

O kvantových počítačích kolují celé legendy, které naznačují, jak zásadní změny by mohly přinést, čeho všeho by mohly být schopné. Současně se ale, s tím, jak skromné jsou zatím jejich reálné výsledky, objevují i opačná, velmi skeptická tvrzení expertů, kteří se obávají, že je tento obor značně přeceňovaný a že ve skutečnosti žádnou revoluci přinést nemusí.

Nový výzkum expertů ze společnosti Google Quantum AI teď ale přišel s příkladem, který takzvanou kvantovou nadřazenost – tedy schopnost kvantových počítačů řešit reálné problémy nesrovnatelně rychleji než normální počítače – přináší do praxe. Přinejmenším v jednom oboru.

Kvantový procesor Willow totiž dokázal spustit algoritmus pro kvantový počítač, který vyřešil složitý fyzikální problém tisíckrát rychleji než ty nejvýkonnější klasické superpočítače na světě. Ještě je třeba tyto výsledky potvrdit opakovanými pokusy, ale pokud se tato informace potvrdí, bude to jedna z prvních ukázek praktické kvantové výhody, kdy kvantový počítač vyřeší reálný problém rychleji a přesněji než klasický počítač.

Kvantový počítač funguje jinak než běžný počítač, který používá bity – ty mohou mít hodnotu 0 nebo 1. Kvantový počítač místo toho používá qubity (kvantové bity). Ty se mohou nacházet ve stavu 0, 1 nebo v obou najednou díky jevu známému jako superpozice. To znamená, že kvantový počítač může provádět mnoho výpočtů najednou, zatímco klasický počítač je dělá postupně.

Dalším důležitým jevem je propletení (entanglement) – když jsou dva qubity propletené, změna stavu jednoho okamžitě ovlivní druhý, i když jsou daleko od sebe. Díky tomu mohou kvantové počítače řešit některé typy úloh (například šifrování, optimalizace nebo simulace molekul) mnohem rychleji než běžné počítače. Jsou ale velmi citlivé na rušení a chyby, takže je zatím těžké je postavit a ještě složitější je udržet je stabilní.

Informace je ale věrohodná, článek, který experiment popisuje, vyšel v odborném časopise Nature. Algoritmus nazvaný Quantum Echoes měřil složité chování částic ve vysoce propletených kvantových systémech. Jedná se o systémy, ve kterých je více částic propojeno tak, že sdílejí stejný osud, i když jsou od sebe fyzicky odděleny.

Jde o jeden z nejslavnějších případů fascinujícího světa kvantové fyziky: teoreticky od sebe mohou být takové částice neomezeně daleko, ale přesto se chovají stále stejně, jako by byly propojené. Propojení více takových částic ale vede ke vzniku tak extrémně složitého systému, že se prakticky nedá modelovat ani na těch nejvýkonnějších superpočítačích.

Nutno dodat: na klasických superpočítačích. Na kvantovém počítači, který funguje a „počítá“ úplně jinak a vlastně nesrovnatelně, se totiž kvantové algoritmy právě na tyto, jinak neřešitelné problémy mohou zaměřit mnohem účinněji.

Kvantové triky

Algoritmus využívá chytrý „trik s obrácením času“. Kvantový počítač spustí systém vpřed, lehce ho popostrčí a poté proces přesně obrátí. Vytváří tak něco, čemu vědci říkají „kvantová ozvěna“, která z chaosu systému dokáže získat užitečné informace. Pro tento úkol, jehož cílem bylo studovat, jak rychle se informace šíří v komplexním kvantovém stavu, provedl kvantový čip výpočet 13tisíckrát rychleji než nejrychlejší superpočítač na světě.

Není to poprvé, co tým Google předvedl podobný kvantový úspěch. V roce 2019 vyhlásili „kvantovou nadvládu“ poté, co jejich čip Sycamore vyřešil vysoce technický problém mnohem rychleji než superpočítač. Rozdíl ale spočívá v tom, že zatímco předchozí experiment se zaměřil na řešení nejasného problému (který byl nakonec vyřešen klasickými algoritmy běžícími na superpočítačích), tento nový výsledek řeší reálný fyzikální problém.

V konečném důsledku tento výzkum znamená, že věda se blíží dni, kdy se kvantové počítače začnou běžně používat k řešení složitých problémů, které jsou v současné době mimo dosah superpočítačů. Může se jednat například o objevování nových materiálů, navrhování lepších léků a vytváření přesnějších klimatických modelů.

Tím zřejmě nejdůležitějším je ale takzvané kvantové šifrování: kvantové algoritmy běžící na kvantových počítačích by totiž mohly snadno rozbít jakékoliv dnes používané šifry, které se využívají při běžné komunikaci po internetu – zabezpečit to, aby byl internet bezpečný, by dokázalo jen kvantové šifrování, které by bylo nerozluštitelné i těmito programy. Přípravě na tuto situaci se věnují vlády po celém světě, odhaduje se, že by mohla nastat za pět až deset let.

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

U zrodu morových ran v Evropě stály sopečné erupce, změnily klima, zjistili vědci

Ke vzniku morové epidemie, která ve 14. století během pouhých několika let připravila o život velkou část evropské populace, podle nové studie zřejmě přispěly sopečné erupce, o nichž tehdejší obyvatelé Evropy ani nevěděli. Ty totiž do atmosféry vychrlily velké množství prachu a dalšího materiálu, což mimo jiné vedlo k citelnému ochlazení.
před 8 mminutami

Paleodieta je pohádka, člověk se jen masem nikdy neživil, tvrdí výzkum

Rozsáhlá analýza zbytků lidské potravy z období pravěku přinesla silné argumenty pro vyvrácení hypotéz o tom, že se v době kamenné konzumovalo hlavně maso.
před 3 hhodinami

NASA mohla omylem kolonizovat Mars, naznačují vlastnosti „nesmrtelné“ bakterie

Americká vesmírná agentura NASA objevila před několika lety v opakovaně čištěné laboratoři bakterii, která přežila desítky pokusů o dezinfekci. Teď vědci popsali, jak to organismus dělá, a také potenciální dopady těchto schopností.
před 17 hhodinami

Vědci na Trutnovsku našli v trase D11 hromadné vojenské hroby z 18. a 19. století

Vědci v trase budoucí dálnice D11 v úseku mezi Jaroměří a Trutnovem objevili hromadné vojenské hroby z 18. a 19. století, které považují za mimořádný archeologický soubor doplňující poznání tehdejších válečných konfliktů. Kromě hrobu z druhé slezské války z roku 1745, o kterém již informovali, našli také tři z roku 1866.
před 20 hhodinami

Ničivé počasí v části Asie není náhoda, ale klimatické varování, tvrdí vědci

Jihovýchodní Asie letos čelí neobvykle silným bouřím. Počet obětí povodní a sesuvů půdy v Indonésii, na Srí Lance a v Thajsku dosud přesáhl 1400, přičemž více než tisícovka lidí se stále pohřešuje. V Indonésii zůstávají celé vesnice odříznuté od zbytku světa poté, co voda zničila mosty a silnice. Tisíce lidí na Srí Lance nemají přístup k pitné vodě, zatímco thajský premiér přiznal nedostatečnou reakci své vlády, píše agentura AP.
před 22 hhodinami

Stárnutí ženských vajíček se dá zvrátit, zjistili náhodou čeští vědci

Projevy stárnutí ženských vajíček, takzvaných oocytů, je možné zvrátit a jejich poškození opravit. To, co bylo dosud považováno za biologicky nemožné, dokázal mezinárodní tým vedený reprodukční bioložkou Helenou Fulkovou z Ústavu experimentální medicíny Akademie věd ČR, který o průlomu informoval v tiskové zprávě. Výsledky zveřejnil časopis Aging Cell. Podle vědců otevírají závěry práce nové otázky o biologii stárnutí a také prostor pro vývoj budoucích léčebných postupů.
před 23 hhodinami

Univerzitní spin-offy sílí. Pomáhají výzkumu a míří do světového byznysu

Univerzitní firmy, takzvané spin-offy, které vysokým školám přinášejí zisk, jsou v zahraničí běžné. V tuzemsku se tento model prosazuje pomaleji. Na konferenci v Ostravě, pořádané agenturou CzechInvest, zazněly příklady úspěšných firem, které dokážou z akademického výzkumu vytvořit mezinárodně konkurenceschopný produkt i finanční přínos pro vysoké školy.
včera v 09:24

Humanoidů v Číně vzniká spousta, kupuje je málokdo. Země se bojí bubliny

Čína vsadila na to, že se stane světovou velmocí v humanoidních robotech. Podle několika analýz ale možná přišla s touto technologií příliš brzy, protože reálně o ni není příliš zájem.
včera v 06:30
Načítání...