Opět se těšíme na epochální skok. Na cestě ke kvantovým počítačům má v brzké době dojít ke dvěma zásadním technologickým průlomům.
V určitém ohledu jsme se ocitli v podobné situaci, jako byl svět před sto lety. Také na začátku dvacátého století se hovořilo o technických inovacích, jež změní svět. A koneckonců i ty oblasti očekávání jsou podobné – je to oblast dopravy, energetiky a komunikace. V té třetí oblasti je pozornost zaměřená na výpočetní techniku, na umělou inteligenci a robotiku, přičemž vše je tu provázané a vše vzájemně souvisí.
V oblasti energetiky a výpočetní techniky se potkáváme se dvěma pojmy, které straší v technických rubrikách denního tisku už doslova desítky let. Je to řízená termonukleární reakce a kvantová výpočetní technika. Vždycky se už zdá, že jsme na dosah realizace, a pak se ukáže, že jde o fatu morgánu.
Google a Microsoft
Na konci loňského roku dvě světové firmy, Google a Microsoft, oznámily, že v dohledné době překvapí něčím epochálním, a koncem letošního ledna nás prestižní Financial Times připravují na velký skok v kvantové výpočetní technice. Zmiňují se o časovém horizontu týdnů, a vzhledem k tomu, že se o kvantových počítačích hovoří od roku 1982, je to slovo do pranice. Toho roku Richard P. Feynman upozornil, že kvantové stavy částic mohou za určitých okolností sloužit k výpočtům. Princip se vysvětluje na příkladech. Nejnázornější je ten s bludištěm.
Představte si bludiště, na jedné straně vchod, na druhé východ a mezi tím spleť propletených a namnoze slepých uliček. Současný počítač funguje tak, jako by poslal do bludiště panáčka a ten postupně projde všemi uličkami, narazí na všechny slepé uličky a nakonec najde východ a vyjde jím ven. Panáček se pohybuje ve dvou stavech: mohu jít – nemohu jít. To je informace jednoho bitu, mohu jít je jednička, nemohu jít je nula.
Kvantový počítač nevyšle do bludiště jednoho jediného, ale jednoho zmnoženého, a přesto jediného panáčka. Tento multipanáček prochází všemi zákoutími a v krátkém čase vyjde na druhé straně ven.
Základ klasické výpočetní techniky je tedy onen bit, elementární jednotka informace. V kvantové výpočetní technice je to qubit. Bývá znázorněn jako koule, nahoře má stav dejme tomu nula, dole jedna a na povrchu koule jsou jakési mezistavy typu „skoro jedna“ a „skoro nula“.
Jednoduché? Na papíře ano.
Kvantová praxe
V Burnbay v Britské Kolumbii v Kanadě sídlí od roku 1999 firma D-Wave systems. Ve svém logu má tu pomlčku mezi D a W jaksi neurčitou: už tím naznačuje, že se prakticky zabývá vývojem a výrobou kvantových počítačů. Před jedenácti lety předvedla šestnáctiqubitový procesor a v listopadu 2007 osmadvacetiqubitový procesor. Tím byl zahájen běh na velkou vzdálenost s kvantovým počítačem v cíli. Účastní se ho mnoho běžců a leckterá jména dobře známe. Stranou nestojí Jet Propulsion Laboratory z Pasadeny, klíčový dodavatel motorů pro NASA. Google se přidal v roce 2009, o dva roky později vzniklo D-Wave One, pokusný 128qubitový počítač komerčně prodaný, koupil ho Lockheed Martin. A opět se zde osvědčuje Mooreův zákon o exponenciálním růstu výpočetního výkonu: co dva roky se násobí počet použitelných qubitů, v lednu loňského roku měl D-Wave 2000Q (zakoupil Google, NASA i Volkswagen) 2048qubitový procesor.
Podle Mooreova zákona bychom se tedy mohli co nevidět těšit na to, že budeme mít kvantový počítač brzy doma. Bude to těšení zatím pošetilé z několika důvodů. To, že zařízení pracuje v ultranízkých teplotách blízkých absolutní nule (0,015 K), je vcelku technická maličkost, relativně vzato. Předpokládá se, že by tento nepředstavitelně rychlý počítač byl použitelný při zpracování rozsáhlých databází. Proto byl mezi prvními zájemci Google a také v současnosti je spolu s Microsoftem citován. Nicméně zatím stroje D-Wave zpracovávají testovací úlohy. Výsledky jsou pozoruhodné, ale je to, jako kdybychom se radovali z výkonu automobilu stojícího na špalcích.
Proti sobě zde stojí kritici i optimisté. K těm druhým patří Todd Holmdahl. Vede v Microsoftu oddělení pro kvantovou výpočetní techniku. „Máme příležitost řešit sady doposud neřešitelných problémů,“ říká. „Klasický počítač by na to potřeboval dobu životnosti vesmíru.“ Skeptičtější je Mike Mayberry z Intelu, tedy z firmy, která fungující procesory reálně vyrábí. Hovoří o deseti letech dalšího vývoje. „Jsme v éře hračičkaření,“ říká doslova.
Zájem Googlu a Microsoftu je snadno pochopitelný. Jedna věc je to, čemu se v IT hantýrce říká železo neboli hardware, tedy samotné přístroje, a něco jiného je software. Bill Gates prorazil se svým Microsoftem proto, že včas nabídl na úsvitu systému PC firmě IBM funkční operační systém. To se stalo v roce 1980, kdy Gates vypálil dosud dominantnímu Digital Research rybník. Google ovládl svým OS Android lví podíl v oblasti chytrých mobilních telefonů, tam Microsoft hrubě zaspal. Obě velké šelmy teď větří příležitost a krouží kolem kvantových počítačů.
Použitelnost je pořád v mlhách, ovšem ta záleží hlavně na softwaru a operačním systému především. Ať to bude fungovat jakkoli, nějaký řád to musí mít a bez operačního systému to nejde.
Ať ale ty velké závody dopadnou jakkoli, netěšme se na kvantový notebook chlazený flaškou tekutého dusíku. Pokud lze vůbec o nějaké praktické použitelnosti mluvit, pak to nejspíš budou simulace složitých dějů, jako je počasí anebo chemické reakce. Otazníků je mnoho, v jednom ale mějme jistotu: ke zmoudření lidstva kvantové počítače nepřispějí.
LN, 3.2.2018