Deník N

Google v čele velkého kvantového závodu, kterému málokdo rozumí

Když se podíváte na kvantový počítač zdálky, uvidíte vědeckou laboratoř. Foto: IBM Research
Když se podíváte na kvantový počítač zdálky, uvidíte vědeckou laboratoř. Foto: IBM Research

Kvantový počítač poprvé prokázal svou převahu nad klasickým. Je to důležitý milník pro vědu, zatím ne pro praxi. A je potřeba jej interpretovat opatrně, protože zmatků je v této oblasti víc než dost.

John Preskill, teoretický fyzik z Caltechu, použil ve svém článku z roku 2012 termín „quantum supremacy“, tedy kvantová nadřazenost, převaha, dominance či nadvláda – ať si vyberete kterýkoli z těch překladů, nezní zrovna šťastně (a Preskill už taky své formulace lituje). Větší potíž než v politické korektnosti však spočívá v tom, že definoval kvantovou dominanci příliš vágně. Měl tím na mysli situaci, kdy kvantový počítač při řešení nějaké úlohy jasně předčí počítač klasický a prokáže tak v praxi, co se dlouho očekává teoreticky.

A teď se to stalo, ačkoli možná vlastně ne. Početný tým z výzkumných laboratoří společnosti Google publikoval článek v Nature, kde popisuje experimentální výpočet, při němž jejich kvantový počítač za tři minuty a dvacet sekund vyřešil problém, který by prý nejrychlejšímu superpočítači světa (tj. klasickému počítači postavenému běžnou technologií, jen mimořádně výkonnému) trval deset tisíc let. Sdělení vyvolalo jednak žárlivý spor – nejrychlejším superpočítačem světa je totiž stroj zvaný Summit, nachází se v Oak Ridge National Laboratory v Tennessee a postavila jej IBM, hlavní soupeř Googlu v oblasti kvantových počítačů –, jednak vede k hlubšímu zamyšlení nad tím, co zde znamená „nějaká úloha“, „jasně předčít“, k čemu jsou kvantové počítače vlastně dobré a zda má pojem kvantové dominance nějaký smysl.

Smíchej špetku jedničky s trochou nuly

Normální počítač pracuje s jedničkami a nulami. Paměťovému místu, které obsahuje buď jedničku, nebo nulu, se říká bit a všechno, co počítač dělá, se dá shrnout jako matematické a logické operace s bity. Kvantový počítač má namísto bitů qubity, „kvantové bity“. Obsahem qubitu je směs jedničky a nuly v určitém poměru. (Matematicky vzato to není tak docela nula a jednička, leč složitější objekty, ale to můžeme pominout.) S takovými směsmi se také dají provádět matematické a logické operace. Některé jsou stejné jako u klasických počítačů, některé jsou unikátní a v nekvantovém světě nemají obdoby.

Možná byste rádi věděli, jak ty qubity „vypadají“, co hmatatelného jim odpovídá. Může to být různé, ostatně i paměť klasických počítačů mívá rozmanité podoby: kousíček magnetické vrstvy, elektrický náboj kondenzátoru, stav logického hradla (a kdysi třeba otvor v děrné pásce). Qubit se dá uložit třeba jako spin elektronu (nesprávně, leč názorně: jako směr jeho rotace kolem osy); jako polarizace fotonu, tedy světelného paprsku; jako moment hybnosti atomového jádra (nukleární spin), který se dá měřit pomocí NMR; jako stav tzv. Josephsonova přechodu. Vysvětlit kterýkoli z těchto pojmů kvalitně by znamenalo napsat aspoň jednu kapitolu vysokoškolské učebnice. Takhle to s kvantovou fyzikou bohužel chodí.

To, co uvidíte zvenčí, není samozřejmě „rotující elektron“, ale hlavně tlusté trubky, kterými se zařízení ochlazuje, a to

Tento článek je exkluzivní obsah pro předplatitele Deníku N.

V tomto okamžiku nejčtenější