Co je kvantová výpočetní technika?
Kvantová výpočetní technika je oblast výpočetní techniky zaměřená na vývoj výpočetní techniky založené na principech kvantové teorie (která vysvětluje chování energie a materiálu na atomové a subatomární úrovni). Počítače používané dnes mohou kódovat informace pouze v bitech, které mají hodnotu 1 nebo 0 – což omezuje jejich schopnost.
Kvantové výpočty naopak používají kvantové bity nebo qubity. Využívá jedinečnou schopnost subatomárních částic, která jim umožňuje existovat ve více než jednom stavu (tj. 1 a 0 současně).
Klíčové způsoby
Understanding Quantum Computing
Superpozice a provázanost jsou dva rysy kvantové fyziky, na nichž jsou tyto superpočítače založeny. To kvantovým počítačům umožňuje zvládat operace při rychlostech exponenciálně vyšších než konvenční počítače a při mnohem menší spotřebě energie.
Oblast kvantového počítání začala v 80. letech 20. století. Tehdy se zjistilo, že některé výpočetní problémy lze řešit efektivněji pomocí kvantových algoritmů než pomocí jejich klasických protějšků.
Kvantová výpočetní technika by mohla výrazně přispět v oblasti financí, vojenských záležitostí a zpravodajství, vývoje a objevování drog, navrhování v leteckém a kosmickém průmyslu, utilit (jaderná fúze), polymerního designu, strojového učení a umělé inteligence (AI) a vyhledávání Big Data a digitální výroby.
Jeho potenciál a předpokládaná velikost trhu zapojily některé z nejvýznamnějších technologických společností do práce v oblasti kvantové výpočetní techniky, včetně IBM, Microsoft, Google, D-Waves Systems, Alibaba, Nokia, Intel, Airbus, HP, Toshiba, Mitsubishi, SK Telecom, NEC, Raytheon, Lockheed Martin, Rigetti, Biogen, Volkswagen a Amgen.
Procento velkých společností, které plánují vytvořit iniciativy kolem kvantových výpočtů do roku 2025, na Gartnera.
Kvantový počítač vs. klasický počítač
Kvantové počítače zpracovávají informace odlišně. Klasické počítače používají tranzistory, které jsou buď 1 nebo 0. Kvantové počítače používají qubity, které mohou být zároveň 1 nebo 0. Počet vzájemně propojených qubitů exponenciálně zvyšuje výpočetní výkon kvantových počítačů. Propojení více tranzistorů přitom zvyšuje výkon pouze lineárně.
Klasické počítače jsou nejlepší pro každodenní úkony, které musí počítač dokončit. Kvantové počítače jsou zase skvělé pro provádění simulací a analýz dat, například pro chemické nebo farmakologické testy. Tyto počítače je však třeba udržovat v ultrastudeném stavu. Jsou také mnohem dražší a obtížně se sestavují.
Mezi klasické počítačové pokroky patří přidání paměti pro zrychlení počítačů. Kvantové počítače přitom pomáhají řešit složitější problémy. Kvantové počítače sice nemusí běžet v aplikaci Microsoft Word lépe nebo rychleji, ale složité problémy mohou běžet rychleji.
Například kvantový počítač Googlu, který je ve vývoji, by mohl pomoci s mnoha procesy, jako je například urychlení školení strojového učení nebo pomoc při vytváření energeticky úspornějších baterií.
Kvantové výpočty mají řadu dalších aplikací, včetně bezpečného sdílení informací. Mezi další metody patří boj s rakovinou a různými zdravotními problémy, jako je rakovina a vývoj nových léků. Kvantové počítače mohou také pomoci zlepšit radary a jejich schopnost detekovat takové věci, jako jsou rakety a letadla. Mezi další oblasti patří životní prostředí a používání kvantových výpočtů k udržování čisté vody pomocí chemických senzorů.
Google v roce 2019 dokázal, že kvantový počítač dokáže vyřešit problém během několika minut, zatímco klasickému počítači by to trvalo 10 000 let.
Příklad kvantového počítače v reálném světě
Google (GOOG) vynakládá miliardy dolarů na svůj plán postavit do roku 2029 svůj kvantový počítač. Společnost otevřela v Kalifornii kampus s názvem Google AI, aby jí pomohla splnit její cíl. Google do této technologie investuje už roky. Stejně tak další společnosti, jako je Honeywell International (HON) a International Business Machine (IBM). IBM očekává, že v nadcházejících letech dosáhne významných milníků v oblasti kvantových počítačů.
Zatímco některé společnosti postavily osobní (i když drahé) kvantové počítače, po komerční stránce stále není nic k dispozici. A o kvantové výpočty a jejich technologie je zájem, přičemž JPMorgan Chase a Visa se touto technologií zabývají. Jakmile bude vyvinuta, Google by mohl spustit službu kvantových výpočtů prostřednictvím cloudu.
Firmy také mohou získat přístup ke kvantové technologii, aniž by musely stavět kvantový počítač. IBM plánuje mít do roku 2023 kvantový počítač o velikosti 1000 quibitů. IBM prozatím umožňuje přístup ke svým strojům, pokud jsou součástí její kvantové sítě. Mezi ty, které jsou součástí sítě, patří výzkumné organizace, univerzity a laboratoře.
Microsoft také nabízí firmám přístup ke kvantové technologii prostřednictvím platformy Azure Quantum. To je na rozdíl od Googlu, který neprodává přístup ke svým kvantovým počítačům.
Časté dotazy o kvantových počítačích
Jaká společnost byla známá jako “Quantum Computer Services, Inc?”
Společnost America Online (AOL) byla dříve známá jako Quantum Computer Services Inc. Společnost AOL začala jako Quantum Computer Services v roce 1985. Společnost založili zaměstnanci společnosti Control Video Corporation (CVC).
Jak se staví kvantový počítač?
Sestavení kvantového počítače trvá dlouho a je drahé. Google pracuje na sestrojení kvantového počítače už roky a utratil miliardy dolarů. Google očekává, že kvantový počítač bude hotový do roku 2029, i když IBM doufá, že do roku 2023 bude mít kvantový počítač o velikosti 1000 quibitů.
Kolik stojí kvantový počítač?
Stavba kvantových počítačů stále stojí miliardy. Čínská společnost Shenzhen SpinQ Technology však plánuje prodat stolní kvantový počítač za 5 000 dolarů spotřebitelům pro školy a vysoké školy. Loni začala prodávat kvantový počítač za 50 000 dolarů.
Jak rychlý je kvantový počítač?
Kvantový počítač je mnohonásobně rychlejší než klasický počítač, a dokonce i superpočítač. Kvantový počítač Sycamore od Googlu prý provedl za 200 sekund výpočet, jehož řešení by jednomu z nejrychlejších počítačů na světě, Summitu od IBM, trvalo 10 000 let. IBM toto tvrzení zpochybňuje a tvrdí, že by to trvalo 2,5 dne – stále více než 1 000x pomaleji než kvantový počítač od Googlu.
The Bottom Line
Kvantové výpočty se od klasických liší tím, jak fungují a k čemu se používají. Kvantové výpočty používají qubity, které mohou být zároveň 1 nebo 0, zatímco klasické počítače používají tranzistory, které mohou být pouze 1 nebo 0. Výsledkem je, že kvantové výpočty jsou mnohem výkonnější a mohou být použity pro analýzu velkých dat nebo simulace. Nicméně, komerčně vyvinutý kvantový počítač ještě neexistuje.