V tomto článku si vysvětlíme, jaké jsou funkce kvantového počítače, všechny možné aplikace a jak funguje.
Kvantové počítače jsou jednou z nejzajímavějších inovací posledních let: rychlejší, efektivnější a funkčnější zařízení, která využívají kombinaci kvantové fyziky a informatiky k řešení velmi složitých problémů v krátkém čase. Zvědavost na tato supertechnologická zařízení rychle roste zejména po představení Sycamore, kvantového počítače společnosti Google, který v experimentu koordinovaném společností Google a prováděném NASA, Caltechem (Kalifornský technologický institut) a Technickou univerzitou v Cáchách (Cáchy, Německo) vyřešil za něco málo přes tři minuty úlohu, která by tradičnímu počítači trvala přibližně 10 000 let.
Svět kvantových počítačů se doposud rychle rozvíjí, ale mnoho jeho aspektů, zejména pokud jde o jeho možné aplikace, je stále předmětem diskusí a pro nezasvěcené je vlastně stále obtížné je pochopit. Pokusme se proto pochopit, co je kvantový počítač, jak funguje a jaké by mohly být jeho praktické aplikace.
Co je kvantový počítač a jak funguje
Kvantový počítač je zařízení s kapacitou zpracování dat a výpočetním výkonem mnohem větším než jakýkoli jiný klasický počítač: u něj totiž některé "fyzikální" aspekty, jako je použitá hardwarová architektura, omezují složitost řešených problémů.
Kvantový počítač naproti tomu využívá zákony fyziky a kvantové mechaniky tím, že nahrazuje "klasický" bit, minimální jednotku informace v běžném procesoru, qubitem (kvantovým bitem), subatomární částicí, jako jsou fotony nebo elektrony, schopnou uložit mnohem více informací.
Zatímco digitální bit je binární jednotka, která může nabývat hodnot 0 a 1 v závislosti na tom, zda jí protéká proud, qubit může reprezentovat oba stavy současně (0 i 1), které se navíc mohou vzájemně ovlivňovat, i když nejsou fyzicky propojeny; qubit je tedy základní jednotka schopná provádět výpočty současně díky superpozici kvantových stavů.
Možné aplikace kvantového počítače
Jak již bylo zmíněno, kvantový počítač je schopen zpracovávat současně několik řešení jednoho problému prostřednictvím paralelních výpočtů; a pokud je pravda, že dnes je většina možností těchto zařízení teprve objevována, je také pravda, že se výzkumníci v této oblasti snaží identifikovat nejzajímavější praktické aspekty, které by bylo možné navrhnout a implementovat do reálného života.
Například koncern Volkswagen ve spolupráci se společností Google vytvořil pilotní projekt optimalizace dopravních toků v reálném čase s využitím výkonu kvantových počítačů společnosti Google. Kvantové počítače by zároveň mohly být prakticky využity v kryptografii (kybernetické bezpečnosti), předpovědi počasí a při vytváření nových materiálů.
Přes úspěchy v oblasti kvantových počítačů je stále ještě příliš brzy na to, abychom si představili všechny možné aplikace kvantových počítačů; samotný kvantový počítač Sycamore společnosti Google řešil matematický problém čistě akademického zájmu bez jakýchkoli praktických důsledků. Nezbývá než čekat a sledovat výzkum a práci odborníků, kteří (dříve či později) učiní kvantové počítače praktickou realitou.
Kvantový počítač Quby
Nedávno byl představen kvantový počítač Quby, který sestrojil začínající podnik Active Cypher. Je schopen zkrátit dobu potřebnou k provedení útoku hrubou silou, a to i v případě přítomnosti kryptografických algoritmů, jako je AES-256. Kvantový počítač Quby je schopen zkrátit dobu potřebnou k provedení útoku hrubou silou. Quby (pojmenovaný po qubitu) dokáže pomocí otevřených kvantových algoritmů prolomit jakýkoli typ šifrovaného přístupového oprávnění během několika sekund.
Mike Quinn, ředitel pro strategii ve společnosti Active Cypher, uvedl, že "výkon Quby odhaluje vnitřní zranitelnost většiny infrastruktur zabezpečení IT. Přínosy kvantových počítačů budou nepochybně četné (...), ale bylo by lehkomyslné neuvědomit si nebezpečí, která může taková technologie přinést, pokud se dostane do rukou záškodníků."
Kvantové počítače a umělá inteligence
Kvantové počítače mohou být schopny řešit velmi složité úlohy, daleko přesahující možnosti tradičních superpočítačů, ale kvantové stavy jsou extrémně citlivé na rušivé vlivy vnějšího prostředí, jako jsou vibrace a teplota.
Pro ochranu kvantových počítačů před tímto problémem byla navržena řada složitých strategií opravy chyb, včetně obzvláště fascinující strategie Floriana Marquardta, ředitele Institutu Maxe Plancka pro vědu o světle, a jeho týmu, který představil systém opravy chyb, který se učí pomocí technik umělé inteligence.
Tento systém je založen na schopnostech umělých neuronových sítí, programů, které dokáží napodobit vzájemně propojené chování neuronů v lidském mozku, a na možnosti, že se tyto sítě mohou po dostatečném tréninku naučit základní úkol pro budoucnost kvantových počítačů, kvantovou opravu chyb, čímž účinně překonají jiné strategie kvantové opravy chyb.