Sciencemag.cz
Doporučujeme
Před třemi týdny se značné pozornosti dostalo oznámení, že IBM zpřístupňuje zájemcům svůj kvantový počítač – umožní spuštění algoritmů přes webové rozhraní. O jaké úlohy je zájem? Jedná se o obecný, nebo jednoúčelový kvantový systém?
Viz také: IBM poprvé v historii zpřístupňuje kvantové výpočty
Na naše otázky v této souvislosti odpovídal Jakub Krchák (absolvent Computer Science na MFF UK, manager v IBM Prague R&D Lab)
Jak je konkrétně realizován kvantový počítač, který IBM tímto způsobem zpřístupňuje veřejnosti?
5qubitový procesor je součástí nové platformy IBM Quantum Experience. Díky ní má k procesoru přístup pomocí cloudové platformy IBM Bluemix i široká veřejnost. Bluemix rovněž poskytuje software, služby, API a vývojové nástroje. Nově navíc nabízí možnost běžet algoritmy a experimenty pracující s kvantovými bity, umožňuje prozkoumat připravený tutoriál a nabízí simulaci schopností kvantových počítačů.
Co se týče konkrétní realizace, podrobnější informace byly publikovány o 4 qubitové verzi. Extrémně důležitá je schopnost vyrovnat se s možnými chybami přítomnými v kvantových výpočtech. (Jiné implementace často provádějí experiment mnohokrát a výsledek určují statisticky.)
Hlavním krokem na cestě za univerzálním kvantovým počítačem je právě vyrovnat se s možnými chybami.
Architekturu počítače podrobněji popisuje článek v Nature
V současné době se podařilo dále pokročit a rozšířit maticovou architekturu na 5 qubitů. IBM dokázala udělat další krok na této složité cestě.
V jaké podobě se zadávají úlohy (jako „obecný“ program, nebo bych měl zadat i nějaký konkrétní kvantový algoritmus – tj. jaká míra odborných znalostí se očekává od zájemce?)
Úlohy se zadávají pomoci velmi jednoduchého rozhraní. Je ovšem potřeba, aby se uživatel – programátor zajímal o kvantové počítače a kvantové programování. Nabídnutá možnost je tedy zajímavá hlavně pro vědce, studenty technických oborů a zájemce o kvantové počítače. Moci si svůj program nechat proběhnout na kvantovém počítači, to považuji za skvělou příležitost.
Co je počítač s 5 qubity schopen řádově vyřešit? Kdybychom si vzali nejznámější Shorův algoritmus, jak velké číslo takto rozloží na prvočísla (respektive v jakém časovém horizontu)?
Samozřejmě že 5 qubitů, zvlášť s režií na obsluhu chyb, není žádný mocný počítač a je schopen zvládnout pouze jednoduché algoritmy. Obecně se očekává, že kvantové počítače budou schopny dosahovat prvních výsledků za hranicí standardních počítači někde okolo 100 qubitů. Stále musíme počítat s časem výpočtu, a to že např. Shorův algoritmus pracuje polynomiálně na délce vstupu (poznámka PH: v případě faktorizace není znám klasický algoritmus, kde by čas potřebný k realizaci výpočtu rostl v závislosti na vstupu pouze polynomiálně, kvantový algoritmus to umí; neznamená to ale, že by tento algoritmus byl použitelný i pro jiné úlohy typu obchodního cestujícího; u těchto tzv. NP úplných úloh se většinou předpokládá, že jsou ještě složitější než faktorizace), pořád znamená netriviální množství operací – a to na pouhých 5 qubitech. Smysluplné je tedy faktorizovat maximálně číslo o několika málo číslicích.
Pro zajímavost se podívejte opět do Nature (asi 3 roky starý článek)
Poznámka PH: V tabulce v Nature N znamená počet bitů čísla
Pro 15bitové číslo – do 32 767 – potřebujeme 8 qubitů, pro RSA-768 pak 1154 qubitů
Můžete už uvést nějaké úlohy, které takto byly k řešení přihlášeny?
Nejzajímavější úlohy, které tým IBM zatím zaregistroval, byly z oblasti chemie.
Jaké jsou další aktivity IBM v oblasti kvantových počítačů?
IBM se snaží pracovat na poli kvantových počítačů jak ze strany algoritmů, tak ze strany hardwaru. Skvělých výsledků dosahujeme určitě v oblasti opravy kvantových chyb. Cílem IBM je během příštího desetiletí vytvořit středně velký kvantový procesor o 50-100 qubitech, který by dokázal přinést výsledky obtížné dosažitelné / nedosažitelné na tradičních počítačích. Ultimátním cílem IBM je pak sestrojit opravdový univerzální kvantový počítač, které by umožnil lidstvu dosáhnout nevídané výpočetní síly a vedl k mnoha objevům ve fyzice, medicíně, biologii či umělé inteligenci nebo ve světě velkých dát. IBM dále spolupracuje na poli kvantových počítačů s partnery ve svém IBM Frontiers Institute.
Zaměřuje se IBM pouze na obecné kvantové počítače, nebo se zabývá i systémy, které dokáží řešit jedinou kategorii úloh, jako je např. D-Wave?
IBM se snaží posunout ve vývoji kvantové technologie kupředu a upřímně si myslím, že se ji daří být na úplně špičce. Univerzální kvantový počítač je samozřejmě daleký, ač krásný cíl. IBM je přesvědčena, že už cesta k UKP nám přinese spoustu nového poznání, a proto se ve svém výzkumu soustřeďuje na systémy schopné obecných kvantových výpočtu. Vědecká komunita je dnes přesvědčena, že D-wave a tzv. quantum annealing je slepá vývojová větev, která nepřináší nic významného oproti tradičním počítačům. (Poznámka PH – annealing, žíhání, kvantové žíhání je způsob, jak provádět ve stavovém prostoru hledání maxim/minim tak, aby se algoritmus nezasekl v lokálním extrému a hledal dál. Systém D-Wave provádí právě kvantové žíhání, k optimalizacím ho dnes používá Google, NASA a Lockheed Martin.)
IBM Research Quantum Lab, úvodní video na YouTube
