Kvantové počítače predstavujú jednu z najväčších výziev tohto desaťročia. Máme síce k dispozícii čipy, ktoré využívajú niektoré zvláštnosti kvantového sveta, no na prielom vo vývoji univerzálneho kvantového počítača ešte stále čakáme.
Prítomnosť vs. budúcnosť
Súčasné počítače sú relatívne pomalé. Iste, zvládajú miliardy inštrukcií za sekundu, no v mnohých odboroch ich už dnes prekonávajú technológie spoliehajúce sa na kvantovú fyziku.
Dnešné kvantové počítače využívajú jav známy ako kvantové žíhanie (quantum annealing), ako heuristiku na hľadanie globálneho minima funkcie. Inými slovami, sú veľmi dobré v optimalizačných úlohách, pri ktorých sa nedá jednoducho vypočítať najlepšie riešenie (musíte vyskúšať všetky kombinácie všetkých prípustných hodnôt).
Môže vás zaujímať: Šifrovanie Bitcoinu bude zlomené do roku 2027
Predstavte si ich ako ASIC minery. Sú veľmi dobré v jednej veci ale inak nestoja za nič. Skyrim by ste na nich nespustili. Zlatý grál informatiky je univerzálny kvantový počítač, ktorý dokáže počítať všetko a využíva pritom exponenciálnu akceleráciu. Viac info. nájdete v tomto článku.
Prelom z Univerzity z Južného Wales (UNSW)
O univerzálnom kvantovom počítači už dlho snívajú vlády veľkých štátov, teroristi, bitcoinoví magori, fyzici, medici, astronómovia… V podstate všetci. Dajú sa pomocou neho prelomiť súčasné asymetrické šifry, simulovať čierne diery, skladať bliekoviny… Vývoj v mnohých oblastiach posunie o niekoľko desaťročí dopredu.
Ale, ako ho postaviť? Inžinieri z UNSW možno majú riešenie! Publikovali historický prvý kompletný návrh kvantového čipu. A čo je ešte lepšie, využíva klasické kremíkové polovodiče, teda technológiu, ktorú veľmi dobre poznáme.
Problém s kolabovaním vlnovej funkcie
Kvantové čipy počítajú na qbitoch, pričom 1 qbit = 1 atóm, konkrétne jedno jadro atómu. Každé jadro má svoj spin. Po pozorovaní vlnová funkcia jadra skolabuje a my nameriame spin 0 alebo 1. Ak sa však na jadro nedívame (doslova), jeho spin nadobúda hodnoty medzi nulou a jedničkou.
Qbity tak môžu vykonať až 2 na počet qbitov výpočtov za jednu inštrukciu. Všetky tieto výpočty pritom bežia naraz. Nakoniec však treba zmerať výsledné hodnoty na jadrách, čo je delikátna záležitosť, pri ktorej môže akékoľvek jadro náhodne skolabovať do jedného z dvoch stavov (0 alebo 1) a celý výpočet je tým pádom nanič.
Návrh čipu z UNSW počíta so špeciálnym usporiadaním qbitov, ktoré zaisťuje menej kolapsov a sofistikovaným kódom, ktorý ich vie detekovať a opraviť. Návrh sa dá pekne škálovať a v budúcnosti by sme tak mohli uzrieť kvantové počítače s miliónmi qbitov a prakticky neobmedzeným výpočtovým výkonom.
Kontrolu prevzali kremíkové tranzistory
Ďalšou dobrou správou je, že táto technológia sa spolieha na staré známe kremíkové tranzistory. Tie sa používajú na kontrolovanie plochej mriežky qbitov podobne, ako v prípade logických brán (hradiel) vnútri dnešných počítačov.
Spin každého qbitu je možné kontrolovať pomocou elektród nad daným qbitom. Elektródy medzi dvoma qbitmi zase kontrolujú výpočty dvojíc.
Kedy prídu prvé kvantové počítače
Máme sa teda tešiť? Zatiaľ nie. Kvantové počítače pred sebou majú ešte dlhú cestu, nehovoriac o kvantových sieťach. Stále sme na začiatku, je to však dobrý začiatok.
Sledujte nás na facebooku.
