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

Novými drony dokáže Ukrajina útočit hluboko za frontou

Ukrajině se podařilo v posledním půlroce nasadit na frontě nové drony, jejichž schopnosti překvapit ruskou obranu zásadně vzrostly. Létají tak daleko a přesně, jako to dříve uměly jen drahé řízené střely. Drony se staly klíčovou součástí konfliktu, který před více než čtyřmi roky vyvolalo svou plnohodnotnou invazí Rusko.
před 3 hhodinami

Tak intenzivní otřesy nezasáhly oblast Venezuely sto let

Otřesy, které postihly Venezuelu, jsou podle seismologů silnější, než je v této oblasti obvyklé. Doposud není zcela jasné, proč přesáhly magnitudo 7. Možná šlo o část nějakého doposud neznámého cyklu.
před 6 hhodinami

Nové plasty by mohly vznikat z oxidu uhličitého. Pracuje na tom česko-francouzský tým

Proměnit problém na řešení je cílem rozsáhlé česko-francouzské spolupráce, která chce změnit nadbytek oxidu uhličitého na umělé hmoty. Jeho molekuly by měly nahradit při vzniku polymerů dnes používanou ropu.
před 8 hhodinami

VideoHůře rozpoznáváme emoce, snadněji vybuchneme, popisuje psycholog dopady vedra

„Množství krve, které má mozek k dispozici pro svoje fungování, je nižší, což se projevuje na sníženém kognitivním výkonu,“ popsal ve Studiu 6 Filip Děchtěrenko z Psychologického ústavu AV ČR dopady horka na lidský organismus. Kvůli tomu je podle něj práce ve vysokých teplotách méně produktivní. Doplňuje, že lidem klesá hladina serotoninu a dopaminu, které jsou zodpovědné za dobrou náladu, a také hůře rozpoznávají emoce. „Neutrální výraz interpretujeme jako známku agrese,“ vysvětluje. Navíc podle něj „snadněji vybuchneme, snadněji jsme konfliktní“. Doporučuje pokud možno nechat jakoukoli mentální práci na chladnější části dne a nezanedbávat hydrataci. S moderátorkou Izabelou Šroubkovou probral i nepříznivé dopady spaní v horku a doporučení, jak spánek v teplé části roku vylepšit.
před 8 hhodinami
Načítání...