Obsah

• K čemu jsou kvantové počítače dobré
• Co znamená kvantová nadřazenost pro bezpečnost?
• Otázky ohledně kvantových požadavků společnosti Google na nadřazenost

Minulý týden vědci Google prohlašovali, že dosáhli „kvantové nadřazenosti“, podle článku v Financial Times. Papír společnosti Google byl před odstraněním krátce zveřejněn na webu NASA. V něm vědci tvrdí, že překonali dnešní nejmocnější klasický superpočítač - nazývaný Summit - s vlastním kvantovým počítačem.

To je to, co se nazývá kvantová nadřazenost - jinými slovy, když se kvantový počítač u daného úkolu prokáže rychleji než klasický počítač. Podle příspěvku je systém Sycamore společnosti 53-qubit společnosti Google schopen tento specifický výpočet dokončit za tři minuty a 20 sekund. Superpočítač Summitu by dokončení stejné funkce trval asi 10 000 let.

Dosažení kvantové nadřazenosti bylo zpočátku předpovídáno na konec roku 2017. Nicméně počítač společnosti Bristlecone s 72bitami (na obrázku výše) se ukázal jako příliš obtížný na to, aby jej bylo možné ovládat s dostatečnou přesností. Místo toho, průlom pochází z menšího 53bitového systému Sycamore.

K čemu jsou kvantové počítače dobré

Na rozdíl od tradičních počítačů, které pracují na bitech 1 nebo 0, používají kvantové počítače k ​​ukládání hodnot „qubity“. Qubit, nebo kvantový bit, je dvoustavový kvantově-mechanický systém. Má záhadnou vlastnost, že dokáže držet superpozici 1 a 0 stavů najednou. Tento stav se však po měření zhroutí.

Kvantové počítače jsou postaveny s podobnými hardwarovými branami jako klasické počítače, s ekvivalenty NOT a AND používanými pro matematické funkce. Kvantové výstupy jsou však skutečně pravděpodobnostní, což znamená, že je třeba zkontrolovat jejich správnost a opravit chyby. Kvůli superpozici také nemůžete nahlédnout na částečný výpočet kvantity, aniž byste zničili výstup.

Superpozice a pravděpodobnost jsou klíče, díky nimž jsou kvantové počítače užitečné pro určité matematické úkoly. Zvětšení počtu qubitů umožňuje téměř okamžitě vypočítat miliony možností. Použití zahrnuje faktoring obrovská čísla, výpočet Fourierovy transformace a řešení lineárních rovnic. Kvantové počítače jsou svou povahou velmi specializované. Ve skutečnosti nejsou dobré pro mnoho základních výpočtů, které naše kapesní počítače provádějí každý den.

Co znamená kvantová nadřazenost pro bezpečnost?

Stejně zvláštní, jako zvuk kvantových počítačů, mají některé velmi zajímavé aplikace v určitých oblastech výpočetní techniky - zejména ty, které zahrnují opakované, složité matematické operace, jako je meteorologie, modelovací chemie a fyzika, a kryptografie.

Ten poslední často lidi straší. Kvantové počítače dokážou projít tolik matematických permutací najednou a teoreticky zabírají zlomek času, který musí současné počítače překonat běžné šifrovací standardy. Pouze dny nebo hodiny, nikoli více životů. Nové kryptografické protokoly mohou být jednoho dne potřebné pro velmi citlivé informace, aby se zabránilo praskání kvantovými počítači.

Standardy šifrování se budou muset zlepšit v důsledku komerčních kvantových počítačů.

Podobně se podobné algoritmy používají na současném trhu kryptoměny pro zabezpečení peněženek a ověření legitimity transakcí. Nic nenasvědčuje tomu, že dokonce i počítač Google dokáže tyto typy šifrování crackovat. Hrozba exponenciálního růstu kvantového výpočetního výkonu však v příštích několika letech tuto možnost zřetelně zvyšuje.

Kvantové počítače jsou naštěstí ještě daleko od komerčně životaschopné. Jsou stále ve stadiu vývoje a je mnohem pravděpodobnější, že budou použity pro výzkum než prolomení veřejných hesel. V každém případě se bude muset standardy šifrování zlepšit, aby se v blízké budoucnosti odradilo a zabránilo vzniku trhlin.

Otázky ohledně kvantových požadavků společnosti Google na nadřazenost

Zatímco Google prohlašuje kvantovou nadřazenost za hlavní průlom, někteří ze svých soupeřů jsou méně přesvědčeni o výhodách úspěchu. Termín „kvantová nadřazenost“ naznačuje, že kvantové počítače jsou nyní výkonnější a užitečnější než klasické počítače, ale to je jistě sporné tvrzení.

Dario Gil, vedoucí výzkumu ve společnosti IBM (hlavní soupeř v kvantovém výpočetním prostoru), označil tvrzení společnosti Google za „prostě špatně“. Gil poznamenává, že výzkum je pouze „laboratorní experiment navržený tak, aby v podstatě - a téměř jistě výlučně - implementoval jeden“ velmi specifický postup kvantového vzorkování bez praktických aplikací. “Jinými slovy, výzkum společnosti Google se zaměřuje na velmi úzký typ výpočtů, který odhaluje jen málo o širších schopnostech počítače.

Kvantová nadřazenost - když kvantový počítač překoná klasický počítač pro daný úkol.

Chad Rigetti, bývalý výkonný pracovník společnosti IBM, však toto oznámení označil za „velký okamžik pro člověka a pro vědu.“ Daniel Lidar, inženýrský profesor na University of Southern California, zaznamenal rozsah průlomu Google. Společnost snížila rušení qubitů - známé jako „crosstalk“ - což výrazně snížilo chybovost počítače ve srovnání s jeho konkurencí.

Důsledkem je, že Google bude nyní schopen zvětšit velikost svých kvantových počítačů díky nižším výsledkům chyb. Více qubitů s nízkou chybou exponenciálně zvýší výpočetní výkon kvantových počítačů a učiní je mnohem životaschopnějšími pro komplexní řešení problémů. I když je ještě hodně práce na programovatelnosti.

Kvantové počítače jsou nakonec užitečné pouze pro omezenou sadu úkolů. Stavět, provozovat a programovat je drahé. Tato složitost znamená, že budou pravděpodobně použity jen velmi šetrně pro velmi specifické úkoly. To však nesnižuje milník společnosti Google v oblasti kvantové nadřazenosti a skutečnost, že kvantové zpracování dat každý rok vypadá stále životaschopnější.