Kvantové počítače predstavujú budúcnosť výpočtovej techniky, ktorá by terajšej generácii počítačov mala poraziť svojim výkonom aj rýchlosťou. Aktuálnym cieľom vedcov pracujúcich na kvantových počítačoch je dosiahnutie tzv. kvantovej nadradenosti, teda bodu, v ktorom môžu byť všetky zložité úlohy a problémy spracované prostredníctvom kvantového počítača oveľa efektívnejšie a lacnejšie než na klasickom počítači.

Všetko nasvedčuje tomu, že po počítači Sycamore od Google tu máme ďalší kvantový počítač, ktorý sa dostal do bodu kvantovej nadradenosti, o téme informoval web DailyMail.

Kontroverzia okolo kvantového počítača od Google

Počítač Sycamore sa však krátko po ohlásení dosiahnutia kvantovej nadradenosti stal ústrednou postavou veľkej kontroverzie. Spoločnosť IBM, ale aj mnoho vedcov poznamenalo, že Sycamore, 53-qubitový kvantový počítač, bol špeciálne navrhnutý iba na jednu špecifickú úlohu, na ktorú ho nasadili. Niektorí vedci dokonca vyslovili myšlienku, že na problém, ktorý riešil Sycamore, môže existovať „klasický“ algoritmus, ktorý by dokázal kvantový poraziť, informoval portál Nature.

Hansen Zhong

Aby dosiahnutie kvantovej nadradenosti nemohlo byť spochybnené, je potrebné, aby sa pre testovanú úlohu nemohla existovať žiadna „klasická“ metóda, ktorá to dokáže zvládnuť rýchlejšie alebo efektívnejšie.

Čína použila úplne nový prístup k dosiahnutiu kvantovej nadradenosti

Z tohto dôvodu si tím čínskych vedcov pracujúcich na novom kvantovom počítači, ktorý je údajne až 10 miliárdkrát rýchlejší ako spomínaný kvantový počítač od Google, vybral úplne inú úlohu na riešenie a tiež odlišný prístup ku kvantovému počítaču.

O svojom úspechu informovali prostredníctvom žurnálu Science, kde na overenie dosiahnutia kvantovej výhody použili úlohu tzv. vzorkovania bozónov.

Vzorkovanie bozónov predstavuje model kvantového výpočtu, ktorý zaviedli vedci Scott Aaronson a Alex Arkhipov v roku 2011. Model zahŕňa výpočet rozdelenia pravdepodobnosti identických bozónov rozptýlených lineárnym interferometrom. Pravdepodobnosť detekcie bozónu v danej polohe sa dá vypočítať z rovnice s mnohými neznámymi.

Aaronson a Arkhipov tiež dokázali, že neexistuje žiadna „klasická“ metóda, ktorou by túto úlohu bolo možné v relatívne krátkom časovom období vypočítať. Verí sa preto, že vzorkovanie bozónov je dobrým príkladom na demonštráciu sily kvantových výpočtov.

Narozdiel od klasických počítačov sa kvantové počítače môžu „vyhnúť“ výpočtom a nahradiť ich priamou simuláciou kvantového procesu – umožnia teda bozónom interferovať a následne odoberať vzorky z výsledného rozdelenia.

Keďže fotón je jedným z kalibračných bozónov, vedci sa pre vyriešenie tejto úlohy rozhodli použiť fotonický kvantový počítač, ktorý využíva fotóny ako svoje qubity. Vedci tiež zdôraznili, že pracoval pri izbovej teplote, zatiaľ čo kvantový počítač od Google pozostávajúci zo supravodivých obvodov musel byť držaný v ultra-nízkych teplotách.

Schéma experimentu. Han-Sen Zhong et al. Science 2020.

Qubit predstavuje jednotku kvantovej informácie a na rozdiel od bitu môže nadobúdať okrem hodnôt 0 a 1 aj obe hodnoty súčasne, pričom tento stav je potom známy ako superpozícia.

Ako vzorkovanie prebiehalo?

Samotná problematika vzorkovania bozónov je založená na zvláštnej kvantovej vlastnosti fotónov, ktorá sa prejavuje, keď svetelný lúč prechádza cez rozdeľovač, ktorý ho rozdelí na dva lúče šíriace sa rôznymi smermi. V prípade, že fotóny narazia na tento rozdeľovač presne v rovnakom čase, nerozdelia sa, ale idú spolu rovnakým smerom.

Ak sa týmto spôsobom vyžiari množstvo fotónov, začnú sa objavovať vzory, ktoré klasické počítače nedokážu simulovať. Simulovať tento proces sa podarilo vedcom z Číny pomocou kvantového počítača s názvom Jiuzhang, ktorý vysielal laserové impulzy do „bludiska“ s 300 rozdeľovačmi a 75 zrkadlami. Dokonalý „vzorkovač bozónov“ by dosahoval presnosť 1, čo znamená, že by úplne zodpovedal skutočnosti, Jiuzhang dosahoval presnosť 0,99, dodal portál Newscientist.

Nájsť riešenie problému vzorkovania bozónov počítaču Jiuzhang trvalo iba 200 sekúnd, pričom vedci odhadujú, že čínskemu superpočítaču TaihuLight by to trvalo približne 2,5 miliardy rokov.

Okamžite po uverejnení publikácie o tomto kvantovom počítači sa však vynorili aj určité pochybnosti. Christian Weedbrok, riaditeľ startup Xanadu v kanadskom Toronte, ktorý sa sám snaží vybudovať fotonické kvantové počítače uviedol, že tento čínsky superpočítač na rozdiel od Sycamoru nie je programovateľný a nemožno ho preto použiť na riešenie reálnych problémov.

Jeden z autorov štúdie Jian-Wei Pan však kontroval tým, že vzorkovanie bozónov, nie je vhodné iba na preukázanie kvantovej nadradenosti, ale má potencionálne využitie v teórii grafov, kvantovej chémii a strojovom učení.