Sciencemag.cz
Doporučujeme
Kvantový procesor Sycamore. I všeobecnými médii proběhly v posledních dnech články, že kvantové počítače konečně překonaly ty klasické.
Jako nadřazenost (nadvládu, supremacy) kvantového počítače označujeme stav, kdy nějakou úlohu opravdu vyřeší kvantový počítač, přičemž pro jiné výpočetní systémy by zde selhaly nebo alespoň zaostávaly. Nejde tedy pouze o samotnou teorii, ale stroj musí být i k dispozici a výpočet reálně provést. Otázkou je, zda takové vlastnosti nemají již i systémy D-Wave, byť jsou schopné pouze kvantového žíhání (proč by jinak tak drahé a speciální podmínky vyžadující systémy vůbec někdo nasazoval?).
Viz také na ITBiz.cz: Google tvrdí, že jeho kvantový počítač dosáhl tzv. kvantové nadřazenosti
Nynější oznámení Googlu o nadřazenosti jeho kvantového počítače – když nic jiného – ukazuje, kam až Google vývoj svého kvantového procesoru Sycamore dovedl. Google nejprve uvedl, že příslušnou úlohu vyřešil jeho kvantový počítač za 200 sekund, zatímco superpočítači Summit by to trvalo 10 let. IBM výsledky vzápětí zpochybnila (Summit je postaven na technologiích IBM, provozuje ho Oak Ridge National Laboratory a aktuálně jde o nejrychlejší superpočítač z žebříčku Top500, s maximálním výkonem cca 200 000 Pflops.) s tím, že Summit by problém vyřešil za 2,5 dne a přesněji. Tím přestřelka ještě neskončila, protože vzápětí z Googlu zaznělo i odmítnutí tvrzení IBM. Zájem médií o tento spor poněkud polevil, když se ukázalo, že se jednalo o výpočetní úlohu bez přímého praktického významu (nejde o žádnou faktorizaci se vztahem k lámání šifer apod.).
Summit má 54 qubitů, to ale není to jediné, co je pro výpočet důležité. Roli hraje i to, kolik qubitů se podaří uvést do entaglovaného stavu (propojit, „zaplést“). V tomto případě mělo jít o 53.
Viz také: Ověřujeme provázání qubitů kvantového počítače
Což je dost, protože jiní poskytovatelé dnes nabízejí přístup k systémům okolo 40 qubitů (s nejasným počtem entaglovaných) a výpočetní síla zde s počtem qubitů roste exponenciálně. Na druhé straně ale D-Wave o svém specializovaném systému tvrdí, že qubitů obsahuje 2 000.
Vlastní článek vědců z Googlu byl publikován v Nature, prošel tedy odbornou oponenturou; během publikování došlo k lehkým zmatkům, když příslušnou informaci nejprve vypustila na projektu participující NASA, poté bylo oznámení staženo a znovu zveřejněno až po publikování článku v Nature (poznámka PH: nebo to bylo celé ještě složitější/zmatenější?).
Quantum supremacy using a programmable superconducting processor, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1666-5 , https://nature.com/articles/s41586-019-1666-5 (impozantní je už množství autorů práce)
Zajímavá je otázka samotného algoritmu při tomto výpočtu. Pomineme-li faktorizaci a hledání v databázích, kvantové algoritmy, které předčí ty klasické, jsou k dispozici zatím pro speciální úlohy z chemie a fyziky. Nedávno bylo publikováno, že kvantový algoritmus by mohl překonávat klasický i v úlohách podobných Fourierově transformaci.
Nový kvantový algoritmus umožňuje rychle provádět obdobu Fourierovy transformace
Média původně uváděla, že šlo o úlohu spadající do rozpoznávání vzorů. Již dlouhou je znám kvantový algoritmus, který dokáže „vzorkovat“, tedy z několika měření odhadnout zastoupení dat v celém souboru (např. kolik bude asi sudých vs. lichých čísel), ten však není o nic rychlejší než klasický. Jak ale naznačuje další pátrání, v tomto případě šlo o ještě speciálnější algoritmus, který zkoumal náhodný kvantový obvod – takže o úlohu spadající zase do kvantové fyziky. Google víceméně podpořil John Preskill z Caltechu, který je autorem samotného termínu „quantum supremacy“; Preskill výsledek označil za přelomový a za klíčový krok ve vývoji kvantových počítačů. Nikoliv ale vzhledem samotné řešené úloze, ale kvůli testování procesoru Sycamore.
Vrátíme-li se k původnímu článku v Nature, autoři tvrdí, že úspěchem je i to, že se nepodařilo objevit žádné „skryté fyzikální zákony“, které by kvantovému počítání bránily (poznámka PH: asi třeba ve stylu, že systém z více qubitů musí vždy zkolabovat ihned).
Šlo o kvantový počítač s hradly (chtělo by se málem říct „klasický kvantový počítač“). Naopak např. v Microsoftu se pracuje na tzv. adiabatické verzi kvantového počítače. V principu by oba tyto systémy měly nabízet stejnou výpočetní sílu. Samotný hardware procesoru Sycamore by byl námět na samostatný článek, jde o supravodivé obvody pracující při teplotě blízké absolutní nule, použitými materiály jsou křemíkové čipy, hliník a indium (tedy žádná fotonika, fotony nepředstavují qubity ani nepřenášejí informaci).
