5 min

Kvantový vlk z Ostravy má posílit evropskou technologickou budoucnost

Sdílet

Dennívýzva

Kvantové počítače otevírají před informačními technologiemi zcela nové možnosti, ale zatím dělají teprve první kroky na cestě od experimentálních strojů…

VLQ-chip

Zdroj: Volty

Kvantové počítače otevírají před informačními technologiemi zcela nové možnosti, ale zatím dělají teprve první kroky na cestě od experimentálních strojů k praktickému využití. Díky centru IT4 Innovations při Vysoké škole báňské v Ostravě má Česká republika šanci v tomto perspektivním oboru nezaostat za světovou špičkou. Nedávno tu spustili kvantový superpočítač VLQ, který je první v Česku a jedním z prvních těchto strojů v Evropě.

Kvantový počítač VLQ pochází od finské společnosti IQM Quantum Computers. Stál přibližně 5 milionů eur (125 milionů korun), přičemž polovinu částky dodalo EuroHPC JU (což je evropská organizace pro vysoce výkonné počítače) a polovinu konsorcium LUMI-Q, jehož členem je i Česká republika. Stroj tedy nebude sloužit jen Vysoké škole báňské, ale bude pracovat pro širokou škálu evropských uživatelů.

Jméno VLQ odkazuje na:
V (VŠB, kde je umístěn),
L (LUMI-Q konsorcium),
Q (Quantum Computing).
Zároveň je ale parafrází na vlka, který je symbolem superpočítače LUMI, protože právě z tohoto konsorcia LUMI-Q vzešlo.

https://youtu.be/PHJFbgGcn58

VLQ se svými 24 qubity nepatří v produkci firmy IQM Quantum Computers k nejvýkonnějším; firma vyrábí i počítač s 54 qubity a letos představila stroj se 150 qubity. Jiní výrobci mají ještě výkonnější kvantové počítače. Například IBM loni představila model Condor, který disponuje 1021 qubity. Ani to není špička, protože vzhledem k překotnému vývoji v tomto oboru se pořadí rychle mění. Ostatně samotná IBM oznámila, že víc než na počet qubitů se soustřeďuje na odstraňování zatím ještě vysoké chybovosti kvantových počítačů.

Výkon kvantových počítačů se totiž neodvíjí jen podle počtu qubitů - a i samotný termín "qubit" si žádá vysvětlení. Kvantové počítače pracují jinak než počítače, které dnes najdete na každém stole. Kvantová mechanika, jejíž principy využívají, je sama o sobě jedním z laicky nejobtížněji uchopitelných vědních oborů, proto i vysvětlení principu kvantového počítání se neobejde bez velkých zjednodušení.

Ve skutečnosti je název "kvantový počítač" poněkud zavádějící, protože s dnešními počítači nemá společný ani princip, ani fyzickou podobu. Nepracuje s binárními čísly, tj. bity, které mohou mít jen dvě hodnoty (logickou nulu a logickou jedničku), ale s takzvanými kvantovými bity neboli qubity, které mohou nabývat mnoho hodnot mezi jedničkou a nulou současně. To se jim daří díky využívání zákonů kvantové mechaniky, které zdánlivě popírají zdravý rozum: subatomové částice mohou být v téže chvíli na různých místech, nabývat současně protichůdných stavů, přenášet informaci nadsvětelnou rychlostí (tzv. kvantová provázanost) a podobně.

Využití podivných pravidel kvantového světa při výpočtech umožňuje řešit obrovské množství operací najednou. Pokud totiž vstup takového počítače uvedeme do stavu, který je kombinací zahrnující všechny hodnoty, pro něž chceme výpočet udělat, bude stav výstupu obdobnou kombinací výstupních hodnot (tzv. kvantový paralelismus). Je tedy možné v rozumné době provést výpočty, které by i nejvýkonnějšímu klasickému počítači trvaly tisíce let.

Navzdory náročnému chlazení je energetická spotřeba samotného kvantového čipu velmi nízká, a to v řádu kilowattů. Většinu energie spotřebuje podpůrná infrastruktura a chladicí zařízení, což je však stále nesrovnatelně méně než u klasických superpočítačů, které vyžadují megawatty energie.
Foto: IT4Inovation

Systém dodala společnost IQM Quantum Computers a jeho celková pořizovací cena činila přibližně 5 milionů EUR (125 milionů Kč). Po- lovinu nákladů financovala organizace EuroHPC JU a druhou polovinu konsorcium LUMI-Q. Konsorcium tvoří třináct partnerů z osmi evropských zemí - z Belgie, Dánska, Finska, Nizozemí, Norska, Polska, Švédska a z České republiky, která je v čele konsorcia.

To je výhodné zejména při šifrování a dešifrování, při zpracování velkého množství dat, při modelování složitých procesů (např. v meteorologii), při návrhu nových léků a vakcín, při počítačovém rozpoznávání obrazu, ale i při vytváření systémů strojového učení. Od kvantového počítání se očekává také předpovídání výsledků voleb, řízení dopravy v megapolích, předpovídání vývoje zdravotního stavu každého jednotlivce a podobně. Ve skutečnosti však jedním z hlavních důvodů přílivu peněz od států a bank jsou naděje na získání nepřemožitelného nástroje pro šifrování a dešifrování.

Pro hodnocení praktické využitelnosti kvantového počítače je důležitý pojem tzv. kvantové nadřazenosti (quantum supermacy). Jedná se o práh, za kterým mohou kvantové počítače řešit specifický typ úloh, které klasické počítače za rozumnou dobu nevyřeší. Jeho překonání neznamená, že je kvantový počítač lepší ve všech ohledech, než klasický, ale že existuje alespoň jeden výpočetní problém, který dokáže vyřešit o mnoho řádů rychleji.

Uvádí se, že kvantové nadřazenosti dosáhne systém s výpočetní kapacitou nejméně 50 qubitů, ale ve skutečnosti záleží na typu řešených úloh, na architektuře kvantového počítače a v neposlední řadě na stabilitě systému. Kvantové stavy jsou velmi subtilní a to platí i o výpočtové stabilitě kvantových počítačů. Problém je, že současná kvantová zařízení vyžadují teploty blízké absolutní nule. To je i případ kvantového počítače VLQ instalovaného v Ostravě, jehož supravodivé qubity musí být chlazeny na teplotu 0,01 stupňů Kelvina, což je ještě větší chlad, než jaký vládne ve vesmíru. Tuto extrémně nízkou teplotu udržuje speciální kryostat, který představuje nejnápadnější strukturu počítače, protože připomíná girlandami ověšený divadelní lustr.

Kromě počtu a stability qubitů je důležitá také architektura. Qubity počítače VLQ jsou uspořádáné do unikátní hvězdicové topologie, která výrazně zvyšuje efektivitu kvantových výpočtů oproti jiným kvantovým počítačům. Kromě toho je VLQ přímo propojen s klasickým superpočítačem Karolina, což umožňuje kombinovat kvantové výpočty s klasickými. Bude také integrován do evropské struktury pro vysoce výkonné počítání.

Kvantové počítače se dnes nacházejí v přibližně stejném stádiu evoluce, v jakém byla digitální technika někdy na začátku 60. let minulého století - v časech obřích sálových strojů, na nichž si zákazníci platili strojový čas. Většina tehdejších předpovědí o jejich budoucnosti se ukázala být příliš pesimistická, bude proto zajímavé sledovat, jak to bude s kvantovou technikou.

Jan Antonín Novák

Reklama

Další články z Volty

Tento článek byl publikován ze zdrojů Volty

Volty.cz osloví všechny, kdo mají blízko k technice, elektrotechnice a chytrým řešením. Web sleduje novinky ze světa elektrotechniky, energetiky, průmyslových technologií i moderních domácností. Zajímá se o inovace, úsporná řešení, elektroauta i budoucnost energetiky – srozumitelně a bez...

Kvantový vlk z Ostravy má posílit evropskou technologickou budoucnost

Láska z rychlíku: Veronica Biasiol a Matěj Dejdar se po pár měsících zasnoubili

"Pořád se bojím, že někdo přijde na to, že nic neumím," říká o sobě Leoš Mareš

Tato profese v Česku vymírá. Kdo ji ovládá, může si dnes říct o plat jako ředitel banky

Drzost, nebo chyba? Helena Vondráčková se bouří kvůli zacházení s jejím vozem

700 mrtvých a pověst jednoho z nejděsivějších míst v USA: seznamte se s Lake Lanier - jezerem, pod kterým leží celé město