Pokrok IBM v oblasti kvantových čipů

Karel Javůrek  |  Technika

Kvantové čipy a počítače jsou stále realita vzdálená několik let. Každý pokrok v této oblasti ale znamená významnou událost. Ukazuje budoucí vývoj.

V polovině minulého roku jsme psali o tom, že je v prodeji první kvantový počítač za deset milionů dolarů. Odhadovali jsme, že hromadné využívání kvantových čipů nastane přibližně v rámci současného nebo příštího desetiletí.

Aktuální pokrok v této oblasti naše předpovědi jen potvrzuje, a možná se přechodu od klasického tranzistoru pracujícího se dvěma stavy dočkáme i dřív. Společnosti IBM, která za posledních sto let představila spoustu revolučních technologií, se totiž v oblasti kvantových čipů podařilo opět něco nového.

IBM a hrátky s qubity

Inženýrům z IBM se podařilo posunout vývoj kvantových čipů pro reálné nasazení, kdy bude nutné mít v jednom čipu miliony qubitů. Jedním z problémů je totiž vyvinutí takové technologie, která umožní škálovat počet qubitů v jednom čipu, což je nutné pro postupné zvyšování počtu logických částí; podobně jako je to u tranzistorů, kterých jsou v současných čipech již jednotky miliard.

Mezi další problémy, které je třeba řešit, patří kvantová dekoherence. Jedná se o chybovost zapříčiněnou různými zdroji elektromagnetických záření včetně tepla a stabilitou použitých materiálů. Přitom přesnost při zpracování dat je nutná pro použitelné využití kvantových čipů.

Demonstrační 3D qubitové zařízení. Quibit je uložen v dutině na kousku safíru. Zdroj: IBM
Demonstrační 3D qubitové zařízení. Quibit je uložen v dutině na kousku safíru. Zdroj: IBM

V IBM vytvořili supravodivé 2D i 3D qubitové zařízení, které by mohlo být základním prvkem v budoucích kvantových čipech. Koherenční čas se podařilo dostat na 10 (2D), respektive 100 (3D) mikrosekund s úspěšností 95 procent. S použitím různých korekcí chyb je tak možné do budoucna počítat i s komplexními výpočty.

Oproti předchozím rekordům se podařilo tento čas zvýšit dvojnásobně až čtyřnásobně, což je samozřejmě obrovský pokrok. Tato vytvořená zařízení ale pracují pouze při opravdu velmi nízkých teplotách, konkrétně v oblasti 15 až 20 milikelvinů, což je přibližně –273 °C a tedy velmi blízko absolutní nule.

Křemíkový supravodivý 2D qubit obsahuje celkem tři qubity. Zdroj: IBM
Křemíkový supravodivý 2D qubit obsahuje celkem tři qubity. Zdroj: IBM

Výpočetní výkon, který nezná hranic

Současné čipy složené z tranzistorů mají velké omezení v podobě objemu informací, které mohou zpracovat. I když jsme minulý týden psali o tranzistoru o velikosti jednoho atomu, stále se jedná o značně omezené možnosti.

Vezmeme to do krajností: Abychom mohli simulovat chování a reakce atomů v prostoru, je nutné mít minimálně stejný, spíše však několikanásobně větší počet atomů coby tranzistorů tvořících příslušné zařízení (počítač). Simulace třeba celého vesmíru – ač se to může zdát dnes jako nemožné – je v takovém případě nereálná.

Jeden zvětšený kvantový bit. Zdroj: IBM
Jeden zvětšený kvantový bit. Zdroj: IBM

Kvantový svět ukrývá obrovské možnosti, které si nedokážeme ani přestavit. IBM uvádí, že jeden 250qubitový stav pojme více bitů, než je počet atomů v celém vesmíru. Podle WolframAlpha je odhadovaný počet atomů ve vesmíru 10 na 80.

Pokročilé kvantové čipy tak rozlousknou současné šifry nikoli během let jako dnešní nejvýkonnější superpočítače, ale v řádu sekund. S tím souvisí nutnost postupně přejít na pokročilejší šifrovací metody, které budou také využívat kvantových jevů. Vyřešení současných matematických problémů, které jsou závislé na výpočetním výkonu, se tak stane snadnou záležitostí, stejně tak případné zpracování databází, které mohou obsahovat téměř neomezené množství informací.

Aby čip fungoval a nebyl ovlivněn jakýmkoli elektromagnetickým zářením, musí být teplota těsně nad úrovní absolutní nuly. Zdroj: IBM
Aby čip fungoval a nebyl ovlivněn jakýmkoli elektromagnetickým zářením, musí být teplota těsně nad úrovní absolutní nuly. Zdroj: IBM

Dočkáme se revoluce?

S přechodem na nový základní prvek, který zpracovává logické informace, jsme se v minulosti setkali už několikrát. Kvantová mechanika, která byla ještě před několika desítkami let pouze teorie na papíře, nás posune na práh zcela nových „vesmírných“ možností.

Pokroky v této nové oblasti jsou neuvěřitelně rychlé. IBM se od roku 2009 chlubí stonásobným i tisícinásobným zlepšením základních stavebních prvků těchto čipů. Takže s optimistickými odhady si lze představit, že takové systémy budou do roku 2020 či 2030 reálně dostupné.

Informační doba se překlopí na novou úroveň. Nyní s pouhými desítkami GLOPS výkonu dokážeme vytvořit počítač schopný porazit i toho nejlepšího lidského šachistu a s desítkami TFLOPS pak nejlepší z nejlepších v otázkové hře Riskuj. Pak je pouze otázkou času, kdy budoucí logické stroje zvládnou takové úkoly, které si kvůli omezenosti našeho mozku nedokážeme ani představit.

Nejčtenější