Švýcarští vědci zvládli rekordní simulaci 45-qubitových kvantových výpočtů  
Kvantové počítače jsou za rohem nebo v to alespoň doufáme. Zatím si je můžeme simulovat na superpočítačích, abychom se na ně více těšili.
Multiqubitový čip. Kredit: Quantum Nanoelectronics Laboratory / Lawrence Berkeley National Laboratory.
Multiqubitový čip. Kredit: Quantum Nanoelectronics Laboratory/LBNL.

Proč je kvantová elektronika tak nesmírně lákavá? Je to úplně jednoduché. Vědci a inženýři vyvíjí kvantové počítače kvůli jejich nesmírné výpočetní síle. Až přijdou, tak to bude znamenat revoluci v kryptografii. Stávající šifrování najednou nebude bezpečné. A zemětřesení bude i v řadě dalších odvětví. Kvantové počítače zvládnou určité typy výpočtů ve zlomku času, který na to potřebuje klasická elektronika.

 

Thomas Häner. Kredit: ETHZ.
Thomas Häner. Kredit: ETHZ.

Qubity totiž mají superschopnost. Jeden qubit zvládne ve kvantové superpozici 2 výpočty zároveň. Dva qubity zvládnou zároveň 4 výpočty, tři qubity 8 výpočtů, a tak dál, jako v té bajce o vzniku šachu. A nemluvě o quDitech, které mohou pojmout mnohem více kvantových stavů. Udržet kvantovou superpozici ale není úplně jednoduché a vnější zásah do kvantového systému ji může snadno zrušit. Vědci ale nevzdávají. Ve vývoji kvantových počítačů jim pomáhají důmyslné simulace.

 

Dva švýcarští doktorandi Thomas Häner a Damien Steiger ze Spolkové vysoké technické školy v Curychu (ETHZ) nedávno úspěšně simulovali 45-qubitový kvantový obvod. Ve světě tím vzbudili značný rozruch, protože jde o zatím nejrozsáhlejší simulaci kvantového počítače. Dostali se už velmi blízko k simulaci takzvaného bodu kvantové nadvlády (quantum supremacy), tedy takovému výkonu kvantových počítačů, že předstihnou klasické počítače.

 

Damien Steiger. Kredit: ETHZ.
Damien Steiger. Kredit: ETHZ.

Simulace 45-qubitového kvantového obvodu proběhly v centru NERSC (National Energy Research Scientific Computing Center), které je součástí laboratoří Lawrence Berkeley National Laboratory v Kalifornii. Häner se Steigerem k těmto simulacím využili 8 192 z celkem 9 688 procesorů Intel Xeon Phi nejnovějšího superpočítače NERSC jménem Cori. Simulace 45-qubitů spotřebovala celkem 0,5 petabajtů paměti Cori a dosáhla výkonu 0,428 petaflops.

 

Superpočítač Cori. Kredit: NERSC.
Superpočítač Cori. Kredit: NERSC.

Jak blízko se badatelé se svou simulací dostali ke skutečně fungujícímu kvantovému obvodu? Odborníci se shodnou, že kvantový počítač, v němž bude zapojeno 49 qubitů, se vyrovná výpočetní síle nejvýkonnějších superpočítačů dneška. Simulace Hänera a Steigera poslouží pro další testování a kalibrace kvantových počítačů blízké budoucnosti. Až s nimi vývojáři budou dělat experimenty a testovat, zda již dosáhly kvantové nadvlády, tak budou svá data porovnávat se simulacemi. V dnešní době jsme svědky velkých investic do technologií kvantových počítačů od společností jako, jsou Google, IBM a další. Takže kvantové počítače jsou už nejspíš nadosah.

 

Häner a Steiger se simulacemi kvantových obvodů rozhodně nekončí. Připravují se na další sérii simulací na superpočítačích NERSC, jimiž by chtěli ověřit výkon kvantových počítačů blízké budoucnosti v řešení problémů kvantové chemie. Rovněž chtějí vylepšit samotné simulace. Zdokonalením používaného zařízení chtějí zpracovávat rozsáhlejší vlnové funkce a simulovat tak větší množství qubitů.

 

Video: NERSC Cori name hanging timelapse

 

Literatura

Lawrence Berkeley National Laboratory 1. 7. 2017.

Autor: Stanislav Mihulka
Datum: 06.07.2017
Tisk článku

Zkratka napříč časem - Johnson George
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 269 Kč
cena: 239 Kč
Zkratka napříč časem
Johnson George
Související články:

Je komerční kvantový počítač skutečně kvantový?     Autor: Stanislav Mihulka (04.10.2013)
Jak porozumět kvantovým počítačům     Autor: Pavel Houser (26.08.2016)
Odvážný plán: Fyzici navrhli gigantický kvantový počítač     Autor: Stanislav Mihulka (04.02.2017)
Kvantové počítače budou potřebovat k provozu nanochladič     Autor: Stanislav Mihulka (19.05.2017)



Diskuze:

Zatím

Zab Hazar,2017-07-08 11:17:00

to je pořád takové hraní si na exotiku, ovšem hraní náramně placené, přestože navíc s velmi nejistým výsledkem. Ale prohlásit že bedna s 49 qubity se vyrovná výpočetní síle nejvýkonnějších superpočítačů dneška, je úsměvná nadsázka, jež platí jen z jednoho jediného schválně vybraného úhlu pohledu.

Odpovědět

Kvantové zrychlení

Svatoslav Komínek,2017-07-07 11:10:30

Drobná poznámka: je často opakovaným omylem, že kvantové počítače jsou výkonější, protože „provedou všechny možné výpočty zároveň“. Ano, registr n qubitů se sice může nacházet v superpozici všech 2ⁿ možných stavů, ale každý výpočet je zakončen měřením, které vede ke kolapsu superpozice a pozorování pouze jednoho výsledku. Vzhledem k tomu, že kvantové algoritmy, stejně jako algoritmy pravděpodobnostní, obecně chybují, je třeba výpočty navrhovat tak, aby byl naměřený výsledek s vysokou pravděpodobností [1] správný. Pokud bychom nechali běžet algoritmus v superpozici, ale pouze jeden z exponenciálně mnoha běhů by dával správnou odpověď, byla by pravděpodobnost změření právě tohoto běhu samozřejmě exponenciálně malá.

Hypotetické kvantové počítače tedy skýtají zrychlení oproti soudobým klasickým počítačům, ale důvodem je fakt, že pro ně existují algoritmy, které řeší s vysoce pravděpodobnou korektností problémy, pro které klasické algoritmy zatím neexistují [2] – např. Shorův algoritmus pro prvočíselný rozklad, který je jedním z oněch nebezpečí pro soudobou kryptografii.

[1] S vysokou pravděpodobností obecně znamená > 1/2, protože potom je možné s relativně nízkým počtem opakování výpočtu dosahnout pravděpodobnosti správné odpovědi libovolně blízké 1.

[2] Obecný názor je, že ani existovat nemohou, ale formálně matematicky dokázáno zatím mnoho nebylo – teoreticky je možné, že klasické počítače dokáží řešit efektivně ty samé problémy jako počítače kvantové, ba co víc, stále není vyloučena možnost, že klasické počítače dokáží řešit efektivně všechny problémy, které lze triviálně řešit metodou „vyzkouším všech exponenciálně mnoho možností“.

Odpovědět


Re: Kvantové zrychlení

Bluke .,2017-07-07 11:34:42

Silne moc dakujem za exaktne a kratke zopakovanie o Q.Computing

Odpovědět

q-processor

Bluke .,2017-07-07 09:45:23

Kvantovy procesor alebo nebodaj kvantovy pocitac,to je dost honosne a silne prirovnanie.
Skor je to kvantovy register , ktory meni trilony stavov za sekundu a tisicky procersorov v superpocitacoch hadaju co tak asi urobil. To mi pripada ako ked sa vedci hraju na binarnych magov , snivajucich o tom ze raz to bude k niecomu osozne.

Odpovědět

RAM

Libor Kiss,2017-07-06 18:56:13

Ocakava sa v blizkej buducnosti analogicka revolucia aj v oblasti pocitacovych pamati?

Odpovědět


Re: RAM

David Oplatek,2017-07-07 11:03:26

cosi se šušká o memristorech, ale nějak se po nich slehla zem. kde je jim konec?

Odpovědět


chaos osc.

Bluke .,2017-07-07 11:40:58

Memristor ma aj ine pouzitie ,napr. v Chua's chaotic oscillator. Pri vytvarani Lorentzovych atraktorov. To mi pripomina trosku spominany kvantovy register.
Dal by sa tento obvod pouzit namiesto qubit kvantoveho registra?

Odpovědět


Re: RAM

Alexandr Kostka,2017-07-07 13:13:32

Asi budu za kacíře poznámkou, že se nekoná (zatím) ani u těch procesorů. Ano, myšlenka je zajímavá, simulace vypadá slibně, ale tím to asi tak končí. zatím.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace