Kvantové počítače o velikosti mobilu?

Dnešní kvantové počítače jsou obrovské a musí se chladit kapalným héliem. Jednodušší architektura je ale už ve vývoji.


Nedávno jsme v článku popsali výpočetní souboj kvantového optimalizátoru a klasického počítače. Kvantový počítač minimálně zpočátku nenahradí klasický počítač založený na bitech, ale bude poskytovat neuvěřitelný výkon pro nejnáročnější úlohy, pracující především s pravděpodobností.


Může se jednat o řešení problému obchodního cestujícího, o rozpoznávání obrazu, hlasu nebo dokonce o umělou inteligenci. Na druhou stranu je ale také velký prostor ve výpočetní oblasti, která není příliš náročná, což můžeme vidět na schopnostech běžných počítačů pracujících s jedničkami a nulami.


Miniaturizace kvantových čipů


Jediný komerčně dostupný kvantový optimalizátor obsahuje v současné druhé generaci 512qubitový čip. I když je čip poměrně malý, obklopuje ho obří architektura stínění a chlazení. Systém totiž pracuje na bázi supravodivých kovů a je tak náchylný na změnu teploty i elektromagnetismu v okolí.


Kvantové stavy nejsou žádnou novinkou. Matematicky se je podařilo dokázat již na začátku minulého století a při honbě za teplotou blízké absolutní nule byly první reálné efekty zpozorovány například na héliu. Cílem není dosáhnout kvantových stavů u různých částic hmoty, ale o to, aby se jich dosáhlo optimálně a efektivně, s minimálním úsilím, energií a stíněním.


Výkonné lasery, které se používají pro ochlazení částic i pro ovládání, nejsou příliš vhodné pro případné budoucí miniaturní kvantové čipy v počítačích do kapsy. Podle vědců vede správný směr v architektuře takzvané iontové pasti.


Iontová past s mikrovlnami


Už před lety se vědcům z institutu NIST (National Institute of Standards and Technology) podařilo vytvořit kvantové vlastnosti pomocí iontů. Jejich spiny byly místo laserů ovlivňovány běžným, byť velmi přesným mikrovlnným zářením v oblasti frekvence jednoho až dvou gigahertzů. Na podobné frekvenci fungují i čipy v mobilních telefonech, routerech a dalších zařízeních s wifi (2,4 GHz).


Ke zchlazení iontů vědci použili úsporné a mnohem menší lasery než u starších pokusů. Do budoucna se tak počítá s tím, že budou stačit lasery o velikosti těch, které máme dnes v optických mechanikách. A velikost půjde samozřejmě dále snižovat. I tak by ale pro snížení teploty zůstaly základem levné a malé lasery.


Systém řízení spinů iontů pomocí mikrovlnného zařízení má také velkou budoucnost. Měl by se dát postupně zmenšovat a škálovat i na ovládání tisíců iontů najednou.


Kvantový čip se tak v budoucnosti může vejít do velikosti mobilního telefonu. Může fungovat například po boku klasických čipů založených na bitech. Architektura qubitů iontové pasti by mohla být v budoucnu efektivnější než kvantové počítače se supravodivými materiály a lasery.


Vítězná technologie se teprve ukáže


Stále jsme ve fázi výzkumu. Vědci z celého světa zkoumají možnosti materiálů a technologií, jak qubity vytvářet a pracovat s nimi. Zatím nelze čekat, že se v nejbližších letech dočkáme domácích kvantových počítačů. Výrazný pokrok v technologiích ale současně ukazuje, že se nebude jednat o desetiletí.


Dočkáme se kvantových čipů v mobilních telefonech do roku 2020? Tato otázka není tak jednoduchá. S rozšiřováním cloudu a přesunem „inteligence“ do obřích, učících se a efektivních datacenter se možná změní koncept lokální práce s informacemi, jak ho dnes známe.


Lze si tak představit, že minimálně v počátcích budou na klientské části (tablet, chytré brýle, telefon) k dispozici klasické čipy pracující s bity. Soustava kvantových čipů pak bude v datacentrech Googlu, Applu, Microsoftu a dalších velkých společností.


Podobně jako to vidíme u Google Now nebo Siri a dalších technologií, složitější a náročné výpočty budou zpracovávány na vzdálených serverech. Uživatel bude mít v ruce pouze jednodušší systém, který je schopen výsledná data posílat, přijímat a interpretovat.