Poľovačka na kvantový počítač pokračuje akcelerovaným tempom. Google a Microsoft otvorili nové brány a s veľkými investíciami chvátajú za cieľom dvoma výrazne odlišnými cestami. Ako ďaleko vývoj pokročil a čo nás čaká?

Kvantové počítače sú snom, ktorý snívame už mnohé desaťročia. Niet sa čomu čudovať. Počítač fungujúci na takomto princípe by v krátkom čase mohol riešiť výpočtové problémy, ktoré by tým konvenčným trvali stáročia, tisícročia, či celé eóny. Na stavbu takýchto počítačov je však nutné prekročiť súčasný horizont poznania a potlačiť ho o kus ďalej. Aj keď podobne ako v prípade jadrovej fúzie, ani tu v základe nepochybujeme, že je takýto stroj možné postaviť, jeho realizácia si však vyžaduje masívny pokrok vo vede i technike.

V priebehu posledných dvoch rokov sme sa posunuli k cieľu skutočne výrazne. Značný rast investícií a takisto naštartovaných projektov dobre ukazuje, že pri tvorbe čistokrvného univerzálneho kvantového počítača sa začíname posúvať od vedeckého výskumu čoraz viac k inžinierstvu. Je ešte stále veľa vecí, ktoré nie sú isté, avšak vývoj týchto riešení už začína naberať celkom reálne obrysy. K plne funkčnému stroju máme síce ešte pomerne ďaleko, avšak aktuálny obrovský pokrok v oblasti materiálov a technického dizajnu nás napĺňa optimizmom.

Nie je qubit ako qubit

To, prečo chceme kvantový počítač postaviť, sú jeho veľmi unikátne vlastnosti. Hlavným rozdielom v porovnaní s klasickými počítačmi je spôsob narábania s informáciami. Súčasné počítače založené na tranzistoroch operujú s informáciou v podobe binárnych digitálnych dát, tzv. bitov. Bit má hodnotu buď 1, alebo 0, čo je obvykle reprezentované vybitím alebo nabitím jedného tranzistora.

Kvantový čip s qubitmi vytvorenými metódou uväznených iónov

Kvantový počítač naproti tomu používa jednotky informácie označované ako qubit (čítané ako kjúbit), teda kvantové bity (quantum bits). Tie nielenže môžu reprezentovať stav 0 a 1, ale aj jeden špeciálny a veľmi zvláštny stav vyplývajúci z kvantovej mechaniky. Označuje sa ako kvantová superpozícia a informácia má pri nej hodnotu 0 aj 1 zároveň. Výsledkom je, že kvantový počítač nesie prvky nedeterministického a na pravdepodobnosti založeného stroja a môže sa nachádzať vo viacerých stavoch súčasne.

Spoločne s tým, že s pomocou kvantového previazania je každý qubit prepojený na iné qubity, potenciálne môže takýto počítač vykonávať obrovský počet operácií, ktorý sa zdvojnásobí s pridaním každého ďalšieho qubitu. Kvantový počítač pri tom úlohy nerobí postupne, jednu za druhou, ale súčasne. Plne funkčný kvantový počítač s 300 qubitmi by teoreticky mohol zvládať paralelne viac operácií, než je atómov v celom vesmíre.

Spustiť obrovské množstvo paralelného výpočtu pravdaže nie je využiteľné na všetko. Netreba si predstavovať, že by ste mali napríklad kvantový notebook a rýchlejšie si na ňom prezerali internet alebo písali dokumenty. Význam to má však pre detailnú simuláciu fyzikálnych javov, chemických procesov, či pre porovnávanie a spracovávanie obrovského množstva dát.

Jednou z hlavných výziev kvantových počítačov z hľadiska ich stavby je ich prirodzená náchylnosť na externé vplyvy, ktoré zapríčinia zrútenie superpozície qubitov do regulárnych bitov s jednou konkrétnou hodnotou. Týmto narušením nemyslíme to, že niekto do „počítača“ narazí ramenom, ale to, že qubit na mikroskopickej úrovni reaguje so svojím okolím. Aby totiž superpozícia zostala zachovaná, nič sa nesmie „snažiť“ vnútorný stav qubitu zistiť (toto zistenie je totiž interakcia, ktorá vyvolá jeho zrútenie len do jednej hodnoty).

Kvantový počítač v laboratóriu IBM

Kvantový počítač tak musí byť čo možno najviac odstrihnutý od okolitého sveta. Odtienenie kvantového počítača je nesmierne náročné a zachovanie jeho dlhodobej prevádzky na viac ako pár milisekúnd je veľkou výzvou. Tieto problémy sú pri tom tým väčšie, čím väčší počet qubitov (aspoň zatiaľ) používame.

Existuje niekoľko potenciálnych ciest ku tvorbe qubitov, a teda aj kvantového počítača, pričom dnes ešte nevieme, ktorá z nich (ak vôbec niektorá) je tá správna na dosiahnutie cieľa. Medzi prvé metódy patrilo uväzňovanie elektricky nabitých častíc vo veľmi silnom magnetickom poli (metóda uväznených iónov), pri ktorom sú častice manipulované s pomocou laserov. Po roku 2010 sa však najviac pozornosti začalo venovať metóde obvodových slučiek, vytvorených zo supravodičov, pretože tie viac pripomínajú konštrukciu reálnych obvodov.

Pri tomto postupe sa nejaké malé časti kovu schladia na teploty blízke absolútnej nule a následne sú kontrolované (programované) mikrovlnami. Problémom je, že okolitý ruch okolo kontrolnej elektroniky narúša superpozíciu qubitov už behom pár nanosekúnd. Postupom času sa tieto metódy podarilo vylepšiť tak, že qubity dnes dosahujú tisícnásobne väčšiu stabilitu, respektíve životnosť, čo zodpovedá niekoľkým desiatkam mikrosekúnd. To je povzbudzujúce, avšak stále ide o menší čas, ako dosahuje technológia uväznených iónov (niekoľko minút), i keď tá je pre budovanie presných počítačov značne problematická.

Cestou supravodičov a obvodových slučiek sa vydala aj firma D-Wave. Tá je jediná, ktorá kvantový počítač ponúka komerčne (za 10 až 15 miliónov dolárov). Jedným z mála kupcov tohto stroja bol Google a americká zbrojárska firma Lockheed Martin. Počítače D-Wave spĺňajú niektoré prvky kvantového počítača, ale nie všetky. Hlavným rozdielom je, že qubity systému nie sú kvantovo previazané kompletne, ale každý qubit je previazaný len s malým množstvom okolitých (obvykle so šiestimi vedľajšími). Z tohto dôvodu preto nejde o univerzálny kvantový počítač.

Kvantový počítač v laboratóriu Googlu

Prvá verzia D-Wave One z roku 2011 obsahovala 128 qubitov, a tú následne v roku 2013 nahradil D-Wave Two s 512 qubitmi. V roku 2015 firma predstavila stroj s 1152 qubitmi a napokon v januári tohto roku už s 2048 qubitmi. D-Wave si od konceptu sľubuje, že počítač dokáže niektoré operácie a výpočty aspoň čiastočne kvantovo urýchľovať, ale zatiaľ tieto stroje nedosiahli žiadne zrýchlenie, ktoré by prekonalo regulárne počítače. V roku 2013 napríklad rôzne výskumy ukázali, že regulárny desktop s bežným procesorom a špecializovaným softvérom dokáže špecifické problémy počítané na D-Wave riešiť niekoľkotisícnásobne rýchlejšie.

Aj keď v roku 2014 výskumníci D-Wave spoločne s Googlom a niekoľkými univerzitami publikovali štúdiu, v ktorej dokázali, že časť qubitov je naozaj previazaná a kvantový výpočet teda viac-menej prebieha, v ten istý rok sa objavila v prestížnom vedeckom magazíne Science podrobná štúdia Švajčiarskej technickej univerzity v Zürichu, ktorá nezistila absolútne žiadne zrýchlenie výpočtu s pomocou preukázaných kvantových vlastností. Pritom táto štúdia je dodnes považovaná za jedno z najférovejších zhodnotení schopností strojov od D-Wave. To pravdaže neznamená, že je bezcenný, naopak vo výskume kvantových strojov hrá dôležitú rolu.

Pokrok k univerzálnemu kvantovému počítaču každopádne napreduje, pričom sa objavuje stále viac preskúmavaných ciest, ktoré by mohli viesť k úspechu.

Hlavní hráči a rôzne cesty k cieľu

Pokrok vo vývoji univerzálnych kvantových počítačov sa dlhodobo odohrával predovšetkým na vedeckých pracoviskách a špičkových univerzitách po celom svete. Nie je to príliš prekvapujúce. Ide o vedu a vedecké experimenty, čo je prvá línia nášho pokroku, značne vzdialená od technológií, ktoré neskôr z vedeckého poznania ťažia.

Situácia sa však v posledných rokoch zmenila a svetlá reflektorov sa začali upierať na vývojové laboratóriá rôznych veľkých IT spoločností, ktoré sa do výskumu rozhodli investovať. Ide predovšetkým o Google, Microsoft a IBM. Hlavne Microsoft nabral v posledných mesiacoch pomerne veľký vietor do plachiet a stal sa v tejto oblasti skutočne vážnym hráčom.

To, že tieto veľké spoločnosti sa na vývoji začali podieľať, má nesmierne pozitívny efekt, pretože ich finančné zázemie im dovoľuje združovať veľké množstvo expertov z rôznych odborov. V posledných rokoch tak nastala situácia, ktorá by sa dala nazvať ako „odchyt mozgov“ a spoločnosti popreťahovali do svojich služieb najväčších expertov v tomto výskume na svete. Obvykle to nebýva problém, pretože Google či Microsoft majú masívne množstvo hotovosti na účtoch a môžu špičkovým akademikom ponúknuť plat, s ktorým žiadna univerzita nemôže súperiť.

Google takto naštartoval svoj kvantový projekt v roku 2014, zamestnaním fyzika Johna Martinisa a jeho vývojového tímu z Kalifornskej univerzity, ktorý sa venoval výskumu qubitov v podobe slučiek zo supravodičov. Keďže okrem týchto expertov je súčasťou laboratória Googlu aj D-Wave počítač, je jasné, že Google sa vyberá práve touto supravodičovou cestou.

S pomocou pridaní doplnkových metód sa však snaží o vytvorenie univerzálneho kvantového počítača, ktorý problémami, respektíve slabinami D-Wave nebude trpieť. Dúfa pri tom, že v priebehu tohto alebo budúceho roka sa mu podarí po prvýkrát v histórii uskutočniť výpočet, ktorý je za hranicou súčasných konvenčných počítačov (vrátane superpočítačov). Ide o významný míľnik, ktorý je nazvaný v angličtine ako quantum supremacy, teda v doslovnom preklade niečo ako kvantová dominancia, alebo aj kvantová nadvláda, pretože ide o označenie prechodu do éry nového kráľa.

Kryostáza Googlu pre testovanie kvantových čipov (-273,14 °C)

Je veľmi zaujímavé, že Microsoft sa vydal celkom inou cestou a pri univerzálnom kvantovom počítači vsádza na zatiaľ nepotvrdený, ale nádejný topologický koncept. Jeho hlavnou výhodou je veľká ochrana qubitov vychádzajúca z topologického usporiadania, ktorá by mala zaručiť lepšiu funkčnosť a otvorila by dvere k stavbe pokročilých univerzálnych kvantových strojov, ktoré by dokázali vykonávať kvantové operácie v dlhšom čase.

K slovu sa párkrát dostal aj Intel, ktorý síce vlastné laboratórium pre vývoj počítačov tohto typu nemá, ale v priebehu posledných rokov investoval do univerzitného výskumu v oblasti qubitov v podobe kvantových bodiek. Pri tejto metóde qubit reprezentuje malá čiastočka kremíka, ktorá je osadená do obvodu a jej kvantový stav je ovládaný mikrovlnami.

Táto metóda je občas nazývaná aj ako metóda „umelých atómov“, pričom Intelu sa páči najmä preto, že je veľmi príbuzná s aktuálnym svetom polovodičov. V súčasnosti je táto metóda pomerne málo vyspelá, pričom rekordom je zatiaľ vytvorenie dvoch qubitov, ktoré vydržali v superpozícii 30 mikrosekúnd, čo sa podarilo na univerzite v austrálskom Sydney. V infografike môžete vidieť, ako sú na tom ostatné metódy.

Fyzik Chris Monroe zo startupu IonQ, ktorý patrí ku priekopníkom metódy iónového uväznenia

Okrem aktivít veľkých firiem je zaujímavá aj startupová scéna, ktorá je nezriedkavo výsledkom nadšených expertov z rôznych univerzít. Napríklad fyzik Robert Schoelkopf spolu so svojím tímom z Yale univerzity založili startup Quantum Circuits, zatiaľ čo fyzici univerzity v Marylande (tím vedie Christopher Monroe) zas IonQ. Podobne vidieť aj odpadlíkov z rôznych firiem, pričom napríklad fyzik a bývalý zamestnanec IBM Chad Rigetti založil startup Rigetti.

IonQ pracuje na kvantovom počítači s 32 qubitmi, ktoré by po úspechu chcel rozšíriť na 64. Používa pri tom metódu uväznenia iónov (ion-trap), pri ktorej dúfa, že je viac flexibilná, ako metódy používajúce supravodičové obvody. Silu tímu rozhodne netreba podceňovať. Koniec koncov, Christopher Monroe, ktorý tím vedie, je jeden z výskumníkov, ktorí túto metódu a teda aj prvé qubity na svete v roku 1995 vytvorili. Hlavnou výhodou oproti všetkým ostatným funkčným metódam je životnosť qubitov na úrovni takmer 15 minút a takisto dosahovanie zatiaľ najväčšieho počtu kompletne previazaných qubitov.

Analógovo-digitálna cesta Googlu

Vývojový tím kvantového počítača vo firme Google vedie John Martinis, z laboratória Kalifornskej univerzity. Tím sa opiera o relatívne nedávne pokroky v technológiách supravodičov, pričom vychádza zo základného princípu slučiek, ktoré používajú aj počítače D-Wave. Ako sme spomenuli, problémom počítača D-Wave je, že qubit dokáže komunikovať len so šiestimi najbližšími qubitmi. Jeho výraznou slabinou je zároveň to, že ide prakticky o analógový počítač. Zadávanie kalkulácie je vykonávané mechanicky a programovanie vždy obsahuje nepresnosti a limituje veľkosť výpočtu.

Google chce tento problém obísť tým, že postaví podobný počítač ako D-Wave, avšak obsluhovaný digitálnymi prepínačmi. Tie sú pravdaže neporovnateľne presnejšie. Hoci oba tieto postupy boli už viackrát použité rôznymi vývojovými tímami (napr. IBM), Google je prvým, kto buduje počítač s pomocou ich kombinácie.

Jedna z aktuálnych konštrukcií kvantového čipu od Googlu

Digitálna stránka počítača pozostáva z usporadúvania qubitov do úzko určených digitálnych obvodov, nastavených na konkrétny problém. Trochu sa to podobá na nejaký špecifický obvod vo vnútri klasického procesora, ktorý vykonáva nejakú činnosť, ktorú CPU potom využíva v rámci svojho všeobecného výpočtu. Tieto metódy obvykle, tak ako pri bežných procesoroch, obsahujú vstavané mechanizmy na korekciu chýb, ku ktorým počas výpočtu môže dôjsť. Problémom je, že doposiaľ sme sa s týmto postupom posunuli len k hŕstke qubitov.

Analógová stránka je podobná s počítačom D-Wave. Tento postup sa nazýva aj ako adiabatický, pričom sa pri ňom problém kóduje do skupiny qubitov, ktoré následne interakciami medzi sebou dosiahnu spoločný kvantový stav a dospejú k výsledku. V tomto druhom type kvantového počítača môžeme do skupiny qubitov v princípe vkladať rôzne problémy (na rozdiel od toho prvého so špecifickými kvantovými obvodmi), avšak práca tohto počítača je veľmi obmedzená. Čím viac qubitov použijeme (čo je nevyhnutné pre náročnejšie problémy), tým viac do hry vstupuje náhodný šum. To vyústi do vzniku chýb vo výpočte, pričom pri adiabatickom postupe nie je ich korekcia možná tak efektívne, ako pri kvantovom počítači so štruktúrou digitálnych obvodov.

Aktuálny kvantový obvod Googlu s 9 qubitmi (krížiky v strede)

Kombináciou týchto dvoch postupov sa teda Google snaží o potlačenie nevýhod, ktoré tieto postupy majú pri samostatnom použití, pričom sa snaží zachovať ich odlišné výhody. Tím 30 vedcov a inžinierov zatiaľ úspešne postavil prototyp s 9 qubitmi, ktorý môžete vidieť na obrázku. Základom každého qubitu je zhruba 400 mikrometrový krížik hliníka, vsadený do zafíru. Systém je schladený na teplotu -273,13 °C (to je 0,02 °C nad absolútnou nulou), čím sa hliník zmení na supravodič, bez akéhokoľvek elektrického odporu.

Krížik tak začne fungovať ako qubit, pričom výskumný tím Googlu ho spolu s ostatnými qubitmi následne manipuluje smerom k riešeniu problému ekvivalentom logických hradiel. V júni minulého roku publikoval Google prvé väčšie úspechy svojej práce vo vedeckom magazíne Nature, pod názvom Digitalizovaný adiabatický kvantový výpočet so supravodičovými obvodmi (Digitized adiabatic quantum computing with a superconducting circuit).

V tejto práci vývojový tím ukázal simuláciu energetických hladín vodíkovej molekuly. Výpočet síce nie je ničím špeciálny a je ho možné vykonať aj na klasickom počítači, avšak úlohou bolo ukázať, že systém je možné na regulárny výpočet úspešne použiť. Google verí, že v tomto alebo budúcom roku sa mu podarí dokončiť experimentálny stroj so zhruba 50 qubitmi, pomocou ktorého vypočíta niektoré problémy aj rýchlejšie ako aktuálne superpočítače. Ako sme už spomenuli, ide o demonštráciu tzv. kvantovej dominancie. Úspešne pri tom musia využiť svoj dvojitý prístup k tomu, aby fungovala korekcia chýb na takomto veľkom počte kompletne previazaných qubitov.

Kvantový čip Googlu pripravený vo svojej pätici

Aj keď sa preukázanie kvantovej dominancie v dohľadnej dobe Googlu podarí, netreba si od tohto momentu sľubovať nejaký veľký nástup kvantových počítačov. Hovoríme o experimentoch. Výpočet nebude mať nejaký zvláštny úžitok, ktorý by ihneď nejako významne menil svet. Pôjde o demonštráciu, ktorá má ukázať to, že kvantové počítače sú schodnou cestou, ktorá dosahuje v konkrétnych úlohách už za hranicu bežných počítačov.

To priláka ďalší výskum a investície. Jedna vec je totiž veľmi nákladne vyvíjať stroje, ktoré nedosahujú taký výkon, ako súčasné technológie, alebo skrátka vôbec nefungujú (čo je prípad dnešných kvantových počítačov a takisto napríklad jadrovej fúzie) a vec druhá je pumpovať peniaze do projektu, ktorý už dokázal, že je v konkrétnych úlohách neporaziteľný. To, že Google má záujem v tejto oblasti, nie je prekvapivé. Potenciálne by kvantové počítače mohol použiť v súvislosti s dátovými operáciami v rámci svojho vyhľadávača a hlavne na obrovské analýzy v rámci Big Data. K tomu je ešte pravdaže značne ďaleko.

Vrkočová cesta Microsoftu

Microsoft sa vydal celkom odlišnou cestou ako väčšina ostatných tímov a vsádza na schému topologického kvantového počítača. Kľúčom k tomuto nezvyčajnému a menej prebádanému postupu je špecifické „zauzlovanie“ hmoty do akýchsi vrkočov. Tento výskum pri tom vidí ako veľmi perspektívny a podporoval ho externým financovaním rôznych univerzitných tímov už od roku 2005.

V minulom roku sa však do projektu pustil skutočne naplno a najal zástup expertov z odboru kvantových počítačov, pričom ide predovšetkým o fyzika Lea Kouwenhovena z holandskej univerzity v Delfte a Charlesa Marcusa z Inštitútu Nielsa Bohra univerzity v dánskom Copenhagene. Obaja sa topologickými schémami dlhodobo zaoberajú a patria k lídrom v tejto oblasti. Microsoft však nie je jediný, koho tento postup budovania kvantového počítača zaujal. Niekoľko významných prác publikovali v tejto súvislosti nedávno aj Bellove laboratóriá (Bell Labs), ktoré v súčasnosti fungujú ako výskumný inštitút pod krídlami svojho nového majiteľa – Nokie.

Fyzik Leo Kouwenhoven (vpredu) s kolegami z vývojového tímu Microsoftu pri práci na prototype kvantového počítača

Microsoft dúfa, že sa mu podarí qubity vyrobiť v podobe špecifickej častice, či skôr kvázičastice, ktorú kvantovými procesmi spáruje v správne usporiadanej „zavrkočenej“ podobe. Ide o tzv. ne-abelovské anyóny (nezamieňať so štandardným aniónom, teda záporne nabitým iónom), ktoré boli prvý raz predpovedané už v roku 1937, avšak ich existenciu sme dokázali potvrdiť až v roku 2012. Za potvrdením anyónov stál práve fyzik Leo Kouwenhoven, ktorého Microsoft zlákal do svojich služieb.

Súčasné štúdie anyónov sa zaoberajú týmito kvázičasticami v prípadoch, keď sú vytvárané z reťazca veľmi schladených elektrónov, umiestnených na hrane 2D povrchu. Tieto anyóny sa správajú ako elektrón a anti-elektrón súčasne. Aj keď ich pod žiadnym mikroskopom neuvidíme, s pokročilými citlivými prístrojmi dokážeme merať ich pôsobenie a potvrdzovať ich existenciu.

Pri topologickom kvantovom počítači sa kvantová informácia nekóduje priamo do anyónov, ale do z nich vytvorenej štruktúry. Ide v základe o to, že vzájomne previazané páry anyónov sa zmanipulujú tak, aby sa susedné páry presunuli a ich spojenia tak vytvoria podobu akýchsi vrkočov. Na rozdiel od vrkočov, alebo krútenej dvojlinky sieťového kábla, pravdaže v prípade anyónov nejde o nejaké fyzické vlákna, ale o previazanie na úrovni kvantovej fyziky.

Michael Manfra z Purdueovej univerzity, ktorá s Microsoftom na vývoji topologických kvantových čipov spolupracuje

Dôležité je, že toto previazanie spraví uložené qubity odolnejšie pred vonkajšími ruchmi. Na rozdiel od tých bežných qubitov totiž nie sú narušiteľné bežnou fluktuáciou. Aj keď fluktuácia anyóny ovplyvňuje tak ako iné kvantové častice, zakódovaná informácia tvoriaca qubit sa nezmení. Previazanie, ktoré ju reprezentuje, totiž fluktuáciou nie je ovplyvnené a zmení ho jedine mikroskopický pohyb. Vzhľadom na to, že qubity sú v základe na rušenie menej citlivé ako qubity v iných technológiách kvantových počítačov, bude možné vykonávať korekciu chýb v menšej a zvládnuteľnej miere aj pri značne vysokom počte qubitov.

V súčasnosti sa ešte nikomu nepodarilo dosiahnuť excitáciu, ktorá by takéto zauzlovanie hmoty vytvorila, avšak prvé úspechy sa v prácach Kouwenhovena a ďalších fyzikov v posledných dvoch rokoch objavili. Kouwenhovenov tím v službách Microsoftu verí, že sme od úspešného vytvorenia qubitu týmto postupom jeden až dva roky ďaleko.

Súčasťou tímu Microsoftu je aj matematik a informatik Alex Bocharov, ktorý tvrdí, že s touto technológiou sa môžeme dostať ďaleko za hranice aktuálnej nedostatočnej presnosti kvantových počítačov. Tá je dnes na úrovni zhruba 99,9 %, čo fyzici a matematici nazývajú aj ako „presnosť troch deviatok“. Pre kvantový stroj, ktorý bude riešiť skutočne pokročilé problémy ďaleko za hranicou súčasných, by sme však potrebovali týchto deviatok desať (99,99999999 %).

Laserová sústava ionQ pre tvrobu qubitov metódou uväznenia iónov

Na to, aby sme také niečo dosiahli s doterajšou podobou qubitov, by sme ich potrebovali masívny „nadbytočný“ počet, ktorý by súbežnou činnosťou pomohol chyby eliminovať. Podľa vývojového tímu Microsoftu však môže ich budúci topologický kvantový počítač dosiahnuť presnosť až siedmich deviatok, takže zvyšok je možné zabezpečiť značne jednoduchšou korekciou chýb, ako v iných postupoch.

Tím Microsoftu verí, že stroj so 100 až 200 qubitmi by už dokázal obrovsky akcelerovať vývoj v rôznych oblastiach, či už vo výskume liekov, alebo iných odboroch. Už tieto „menšie“ počítače by totiž mohli byť používané pri výpočtoch súvisiacich s kvantovou chémiou či kvantovou genomikou.

Alex Bocharov z Microsoftu v tejto súvislosti pripomenul, že ešte v roku 2000 si väčšina expertov myslela, že napríklad výpočet energetických hladín malých proteínov v podobe ferredoxínu, ktorý používajú rastliny pri fotosyntéze, by aj na kvantovom počítači trval 24 miliárd rokov. Za posledných 17 rokov však pokrok v rámci teoretických prác a takisto v rámci pochopení princípov potrebného hardvéru dospel do stavu, kde mnohí experti odhadujú, že podobný výpočet by mohol kvantový počítač realizovať do jednej hodiny.

Ako ďaleko sú teda ešte skutočné pokročilé stroje?

Kvantové počítače sú lákavým cieľom vedeckého výskumu a každý rok sa v tejto oblasti objaví veľké množstvo vedeckých prác z celého sveta. Za všetko hovorí tabuľka. Zaujímavým poznatkom je, že lídrom z hľadiska rozpočtu financovania vedeckých prác a takisto vedeckých publikácií sú štáty Európskej únie.

Na jednej strane je trošku škoda, že namiesto európskych startupov mnohí špičkoví experti z Európy končia v službách amerických spoločností, avšak vzhľadom na dostupnosť veľkého súkromného kapitálu sa tomu nie je možné ani čudovať.

Miera investícií do výskumu kvantových počítačov a plody práce

Výnimky sa pravdaže nájdu, pričom za spomenutie stojí startup Sparrow Quantum, ktorý v máji minulého roku sformovali experti laboratória kvantovej fotoniky dánskeho Inštitútu Nielsa Bohra a takisto SeQureNet, vytvorený expertmi z francúzskej univerzity Télécom ParisTech v Paríži. Z trochu odlišnej sféry je britský startup CQCL (Cambridge Quantum Computing Limited), ktorý sa zameriava na vývoj operačného systému pre kvantové počítače, respektíve pre neho určené programy a algoritmy, ktoré by fungovali za týchto značne odlišných princípov.

Posledné roky fyzikov a informatikov napĺňajú optimizmom. Darí sa tvoriť qubity rôznych konfigurácií, ktoré nevydržia už len nanosekundu, ale minúty a viac, pričom sa darí čoraz viac zapracovávať aj korekcie chýb, umožňujúce reálne výpočty. Všetko je pravdaže zahalené vlnou nepoznania a nikto dnes nevie presne povedať, kedy kvantové počítače nahradia dnešné superpočítače a posunú ľudstvo o kus ďalej. Možno to je vzdialené už len pár rokov, ale pravdepodobnejší odhad je jedna a viac dekád.

Tento článok vyšiel aj v tlačenom aprílovom vydaní TOUCHIT č. 4/2017, preto sa niektoré skutočnosti uvedené v článku, môžu odlišovať oproti aktuálnemu dátumu publikovania.

Značky: