Odvážný plán: Fyzici navrhli gigantický kvantový počítač  
Pokud s již existující technologií dáme dohromady doopravdy hodně veliký počítač, tak by mohl zvládnout některé zatím neřešitelné problémy.
Prototyp modulu kvantového počítače. Kredit: Ion Quantum Technology Group, Univ. Sussex.
Prototyp modulu kvantového počítače. Kredit: Ion Quantum Technology Group, Univ. Sussex.

Stýská se vám po ohromných sálových počítačích, ze kterých doslova sálaly jejich výpočetní schopnosti? Tak to nejspíš uvítáte nový návrh kvantových fyziků, kteří chtějí postavit kvantový počítač větší než fotbalové hřiště. Měl by využívat soudobé technologie a bravurně řešit dnes nezvladatelné úlohy, kde je potřeba tzv. "faktorizaci" - rozklad na součin prvočinitelů. Tento odvážný kvantový návrh se v těchto dnech objevil na webu online časopisu Science Advances.

 

Winfried Hensinger (vpravo) při výrobě prototypu. Kredit: University of Sussex.
Winfried Hensinger (vpravo) při výrobě prototypu. Kredit: University of Sussex.

Šéf badatelského týmu kvantový fyzik Winfried Hensinger z britské Univerzity v Sussexu připouští, že je to dost odvážné. Takový počítač by byl vážně veliký. A stál by přinejmenším 126 milionů dolarů. Ale, jak Hensinger zdůrazňuje, mohli bychom s tím začít klidně už zítra. Všechny potřebné technologie máme. Podle kvantového fyzika Andrei Morella z Univerzity Nového Jižního Walesu v australském Sydney to není první návrh, jak postavit praktický kvantový počítač. Zároveň je prý jasné, že jeho případná stavba nebude jednoduchá. Ale Morello přiznává, že na něj návrh Hensingerova týmu udělal dojem. Prý je přelomový a ovlivní vývoj kvantových počítačů na celé roky dopředu. Fyzik Christopher Monroe z Marylandské univerzity by si zase přál, aby komunita kolem kvantových počítačů takhle velkolepě uvažovala častěji.

 

Ilustrace qubitu z uvězněného iontu vápníku. Kredit: APS/Alan Stonebraker.
Ilustrace qubitu z uvězněného iontu vápníku. Kredit: APS/Alan Stonebraker.

Kvantové počítače se zvolna proměňují z vysněných přízraků na reálně existující stroje. Pokud se nám povede je zprovoznit ve velkém stylu, tak by měly některé výpočty zvládat exponenciálně rychleji než klasické počítače. Ve světě dnes soupeří vědecké týmy, které se snaží postavit použitelný kvantový počítač. Obvykle ale vyvíjejí počítače s pár desítkami qubitů, kdežto k praktickému využití pro výpočty bude nejspíš nutné vytvořit kvantový počítač s mnoha tisíci a miliony qubitů.


Hensingerův tým navrhuje použít jako qubity ionty polapené v magnetické pasti. Na této technologii už fyzici pracují přes 20 let a prakticky všechny potřebné komponenty takového kvantového počítače už prý jsou k dispozici. Teď už jde jenom o to, aby někdo postavil počítač s ohromujícím výkonem. Klíčem k úspěchu bude překonání praktických problémů, které by takovou konstrukci doprovázely – jako například vyřešit odpadní teplo, vznikají provozem kvantového počítače anebo zkonstruovat strmé gradienty silných magnetických polí. V Hensingerově návrhu tvoří kvantový počítač tisíce kvantových modulů. Čistě teoreticky by z nich bylo možné postavit počítač libovolné velikosti.

 

University of Sussex.
University of Sussex.

V každém modulu Hensingerova kvantového počítače by mělo být cca 2 500 qubitů z iontů v magnetické pasti, které budou chráněné před interferencemi, schopnými narušit jejich křehký kvantový stav. Tyto qubity badatelé zamýšlejí kontrolovat nikoliv jednotlivě lasery, ale polem mikrovlnného záření, které by prostupovalo celým počítačem. O chlazení kvantového počítače se postará kapalný dusík. Jednotlivé moduly s qubity by měly být vyměnitelné a zároveň je bude možné vyrobit technologiemi, které jsou dnes dostupné v elektronickém průmyslu.


Hensinger a spol. odhadli, že k tomu, aby vyřešili prvočíselný rozklad, tj. vyjádření součinu mocnin prvočísel, 2048-bitového čísla (čísla s 617 číslicemi), budou potřebovat kvantový počítač s 2 miliardami qubitů. A bude mu to trvat asi 110 dní. Jestli takový kvantový počítač někdo doopravdy postaví, tak prolomí i ty nejlepší soudobé šifrovací systémy. Teoreticky by na zmíněný úkol mělo stačit jenom 4096 qubitů, ale vzhledem k míře chybovosti soudobých technologií s ionty v magnetické pasti, jich bude reálný kvantový počítač potřebovat mnohem víc. Hersingerův tým už pracuje na prototypu, takže se možná brzy dočkáme velkorysých kvantových výpočetních projektů.

Video:  BLUEPRINT for a Large Scale Quantum Computer

 

 

Video:  Rise of Quantum Technology: Winfried Hensinger at TEDxSussexUniversity


Literatura
Nature News 1. 2. 2017, Science Advances 3: e1601540, Wikipedia (Trapped ion quantum computer).

Autor: Stanislav Mihulka
Datum: 04.02.2017
Tisk článku

O kohoutkovi a slepičce - Frančíková Renata
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 39 Kč
cena: 32 Kč
O kohoutkovi a slepičce
Frančíková Renata
Související články:

V rychlostním souboji tváří v tvář zvítězil kvantový počítač     Autor: Stanislav Mihulka (10.05.2013)
Je komerční kvantový počítač skutečně kvantový?     Autor: Stanislav Mihulka (04.10.2013)
Lokální realismus zemřel. Ať žijí kvantové nelokální korelace!     Autor: Pavel Brož (01.11.2015)
Jak porozumět kvantovým počítačům     Autor: Pavel Houser (26.08.2016)



Diskuze:

Petr Špak,2017-02-05 10:01:55

je to jako s tim jak vznikl pocitac. az bude potrebovat armada zpracovat vetsi objem dat nez da mozek, nez da Turing, tak si ho postavi. Bez ohledu na naklady.

Odpovědět

Šlo by kombinovať kvantový počítač s klasickými počítačmi?

Anton Matejov,2017-02-05 05:31:29

Možno by bola lacnejšia alternatíva vhodne skombinovať kvantový počítač so súčasnými klasickými počítačmi.
Zamýšlal sa už nad tvorením takýchto hrybridných počítačov niekto?

V podstate ľuďom ide o výpočtvový výkon a efektívnu rýchlosť prepočtu. V praxi rozhoduje aj veľkosť počítačov a ekonomická cena.
Tvrdí, že v niečom sú lepšie klasické a v niečom kvantové počítače. Nemusí to byť práve čisto kvantový počítač.

Odpovědět


Re: Šlo by kombinovať kvantový počítač s klasickými počítačmi?

Roman Horváth,2017-02-08 21:10:25

Nemyslím si, že by to bolo v súčasnej situácii na niečo dobré. Obe oblasti sa uberajú takými odlišnými cestami, že si to momentálne neviem predstaviť. To však neznamená, že to nie je, resp. nebude nikdy možné. No kvantové počítače si najskôr musia nájsť svoje uplatnenie v praxi. Ako sa vraví, musí sa to okolo nich „utriasť“. :-) Potom si viem predstaviť, že niekto začne špekulovať aj o tvorbe „chimér“ z klasických a kvantových počítačov… (Inak povedané – zatiaľ je budúcnosť kvantových počítačov mierne rozmazaná, ale keď sa to zaostrí, bude hneď všetko jasnejšie vrátane možností ich kombinovania s klasickými počítačmi.)

Odpovědět

poznámka

Milan Krištof,2017-02-04 21:31:19

pokud se jedná o faktorizaci není nutný gigamega počitač, lze použít docela elegantní a úspornou metodu, kterou se dá určit zda libovolné číslo je či není prvočíslo a která se může použít na běžném pořitači.

Odpovědět


Re: poznámka

Jakub Skalický,2017-02-06 15:35:38

Faktorizace a test prvočíselnosti jsou dvě různé úlohy s různým využitím v praxi. Mimo to, běžně používané testy prvočíselnosti jsou pravděpodobnostní - zkuste té elegantní a úsporné metodě předhodit součin dvou velkých RSA prvočísel, co se stane.

Odpovědět


Re: poznámka

Lukáš Fireš,2017-02-07 13:06:17

Je nutný kvantový počítač. Jde o úlohu nalezní dvou prvočísel, která v součinu dávají známé číslo - to je faktorizační problém používaný v kryptografii. Součin je veřejný (certifikát), ta dvě prvočísla jsou privátní klíč (mechanismus podpisu).

Tedy i kdybych měl počítač, co generuje prvočísla a zkouší jimi dělit zadané číslo o 2048 bitech (v desítkové soustavě 616-617 cifer) s rychlostí bilióny biliónů za vteřinu, tak ta dvě prvočísla nikdy nenajde, ne za mého života ;)

Kvantový počítač však může, protože jakoby zkouší všechny možnosti naráz, paralelně (ono je to složitější, ale pro představu).

Odpovědět

poznámka

Milan Krištof,2017-02-04 21:23:35

pokud se jedná o faktorizaci není nutný gigamega počitač. Existuje elegantní způsob jak faktorizaci řešit, navíc lze jej použít i pro rozhodnutí o každém libovolném čísle zda je či není prvočíslem.

Odpovědět

Daniel Konečný,2017-02-04 12:01:06

A rozjede to Dooma?

Odpovědět


Re:

Petr Špak,2017-02-05 10:10:59

na plny detaily?

Odpovědět


Re:

Michal Vojtíšek,2017-02-05 11:05:55

Počítač 2 miliardami qubitů klidně přivede Hell Knighta do naší reality.:-)

Odpovědět

Pěkné ale

Alexandr Kostka,2017-02-04 11:53:22

Pokud vím, tak zatím existuje jediný typ kvantového počítače, a i tam se spekuluje o tom, jestli je kvantový, nebo jde o šikovný podvod. Viz článek přímo zde na OSLU. http://www.osel.cz/7182-je-komercni-kvantovy-pocitac-skutecne-kvantovy.html

PS: aby nedošlo k omylu, docela bych si přál jednou mít kvantové PC na stole.. Nebo možná kvantovou kartu, stejně jako je grafická.. Akorát zatím to na to moc nevypadá.

Odpovědět


Re: Pěkné ale na mé nekvantové kalkulačce vyšlo, že k vyjádření 617 číslic potřebuji 2050 bitů

Josef Hrncirik,2017-02-05 07:32:22

Odpovědět


Re: Pěkné ale

Petr Špak,2017-02-05 10:03:35

bude sranda pozorovat jak tomu budou marketingovy oddeleni firem davat nazvy. GTX , Radeon, 1080 atd. :)

Odpovědět


Re: Re: Pěkné ale

Petr Špak,2017-02-05 10:13:09

premejslim kolik kvant uberou na lowend kartach. bude to prca pozorovat jak to nasi vnuci budou chladit dusikem a pocitat kvanta :)

Odpovědět


Re: Re: Re: Pěkné ale

Ladislav Jech,2017-02-10 21:31:22

+1 :-) neco jako...
Nasi vnuci: Teleportovat jadra do externiho gravitacniho pole
AI: Transport jadra probehl v poradku, jadra stabilni
Nasi vnuci: Pridat jadra plynu do mrizky, zaaretovat jednotliva jadra pres krystalicky laserovy system a nastavit magnety.
AI: Jadra v pozici zaaretovana a magneticky stabilni
Nasi vnuci: Prepnout magneticke pole, reportuj chovani hmoty
AI: 97% atomu uspesne konvertovano z vysokoenergetickeho stavu do nizkoenergetickeho stavu bez reakce, 3% reagovaly a byly odstraneny z pracovni hmoty. Teplota latky -0.00000002979K. Pripravena pro taktovani.
Nasi vnuci: Aktivuj gravitacni vlecne paprsky v elektronovem obalu a jadru atomu a iniciazuj elektricke pole, synchronizuj s vychozi rychlosti elektronu v orbitalu
AI: 75% procent vlecnych paprsku aktivovano, 93% procent chyb vzniklo v elektronovem obalu na 2-3 vrstve, vzorky oznaceny za nestabilni a vylouceny z pracovniho setu.
Nasi vnuci: Reportuj prumernou rychlost elektronu v defaultnim orbitalu.
AI: Elektrony na defaultnim orbitalu jsou na prumerne rychlosti 213 000 km/s.
Nasi vnuci: Aktivuj opacne elektricke pole na 20% atomoveho setu, cilova rychlost 220 000 km/s, synchronizuj rychlost nukleonu pro stabilizaci jader
AI: Uprava systemu dokoncena, ztraty 32% vychozich jader, zbytek stabilni na 220 000 km/s, mohu doplnit ztracene a pokusit se vyrobit 100% pretaktovaneho vzorku.
Nasi vnuci: go ahead.
AI: 100% vzorku na 220 000 km/s teplota i jadra stabilni...

Odpovědět


Re: Re: Re: Pěkné ale

Ladislav Jech,2017-02-10 21:53:13

resp. ja uz ty karty pretaktovavam :-)

Odpovědět


Re: Pěkné ale

Roman Horváth,2017-02-08 21:02:24

Kvantový stolný počítač/kvantová grafická karta?

To sa asi nestane. Dobre je to vysvetlené v týchto starších videách:

How Does a Quantum Computer Work? by Veritasium on YT (2013): JhHMJCUmq28
Quantum Computers Explained – Limits of Human Technology by Kurzgesagt – In a Nutshell on YT (2015): g_IaVepNDT4

Čo nie je dobre vysvetlené v jednom, je čiastočne „zaplátané“ v druhom. Mierne nepresnosti sa vyskytnú, ale to sa vyskytujú permanentne a všade… :-)
(Novšie videá som nehľadal, ale asi by aj tak nepovedali nič nové, čo by bolo v tomto kontexte podstatné…)

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni