Ler em português
Kvantová technologie se blíží mainstreamu. Goldman Sachs nedávno oznámila, že by mohla zavést kvantové algoritmy pro oceňování finančních nástrojů již za pět let. Honeywell předpokládá, že kvantum vytvoří v příštích desetiletích průmysl v hodnotě 1 bilionu dolarů. Proč ale firmy jako Goldman podnikají tento skok – zvláště když komerční kvantové počítače jsou možná roky vzdálené?
Abyste pochopili, co se děje, je užitečné udělat krok zpět a prozkoumat, co přesně počítače dělají.
Začněme dnešní digitální technologií. Ve svém jádru je digitální počítač aritmetický stroj. Zlevnil provádění matematických výpočtů a jeho dopad na společnost byl obrovský. Pokroky v hardwaru i softwaru umožnily použití všech druhů výpočetní techniky na produkty a služby. Dnešní auta, myčky nádobí a kotle mají v sobě zabudovaný nějaký druh počítače – a to je ještě předtím, než se vůbec dostaneme k chytrým telefonům a internetu. Bez počítačů bychom nikdy nedosáhli Měsíce nebo nevysílali satelity na oběžnou dráhu.
Tyto počítače používají binární signály (slavné 1s a 0s kódu), které se měří v „bitech“ nebo bajtech. Čím je kód komplikovanější, tím větší je potřeba výpočetního výkonu a tím déle trvá zpracování. To znamená, že přes všechny jejich pokroky – od samořídících aut až po porážení velmistrů v Chess and Go – zůstávají úkoly, se kterými tradiční výpočetní zařízení bojují, i když je úkol rozptýlen mezi miliony strojů.
Konkrétním problémem, se kterým se potýkají, je kategorie výpočtů zvaná kombinatorika. Tyto výpočty zahrnují nalezení uspořádání položek, které optimalizuje nějaký cíl. Jak roste počet položek, exponenciálně roste počet možných uspořádání. Aby nalezly nejlepší uspořádání, musí dnešní digitální počítače v podstatě iterovat každou permutaci, aby nalezly výsledek a pak určily, která z nich je pro dosažení cíle nejlepší. V mnoha případech to může vyžadovat obrovské množství výpočtů (přemýšlejte například o prolomení hesel). Výzva kombinatorických výpočtů, jak uvidíme za minutu, platí v mnoha důležitých oblastech, od financí po farmacii. Je to také kritická překážka ve vývoji AI.
A tady přichází na řadu kvantové počítače. Stejně jako klasické počítače snížily náklady na aritmetiku, kvantové představují podobné snížení nákladů jako výpočet skličujících kombinatorických problémů.
Hodnota kvanta
Kvantové počítače (a kvantový software) jsou založeny na zcela odlišném modelu fungování světa. V klasické fyzice objekt existuje v dobře definovaném stavu. Ve světě kvantové mechaniky se objekty vyskytují v přesně definovaném stavu až poté, co je pozorujeme. Před naším pozorováním jsou stavy dvou objektů a to, jak spolu souvisí, záležitostí pravděpodobnosti. Z pohledu výpočetní techniky to znamená, že data jsou zaznamenávána a ukládána jiným způsobem – prostřednictvím nebinárních qubitů informací spíše než binárních bitů, což odráží množství stavů v kvantovém světě. Tato násobnost může umožnit rychlejší a levnější kalkulace pro kombinatorickou aritmetiku.
Pokud to zní děsivě, je to proto, že to tak je. Dokonce i částicoví fyzici se snaží dostat svou mysl kolem kvantové mechaniky a mnoha mimořádných vlastností subatomárního světa, který popisuje, a toto není místo, kde by se měli pokoušet o úplné vysvětlení. Můžeme však říci, že kvantová mechanika odvádí při vysvětlení mnoha aspektů přírodního světa lepší práci než klasická fyzika a vyhovuje téměř všem teoriím, které klasická fyzika vytvořila.
Quantum se ve světě komerčních počítačů převádí na stroje a software, které v zásadě dokážou mnoho věcí, které klasické digitální počítače dokážou, a navíc jednu velkou věc, kterou klasické počítače nedokážou: rychle provádět kombinatorikové výpočty. . Jak popisujeme v našem článku Komerční aplikace kvantového počítání, to bude v některých důležitých oblastech velký problém. V některých případech je již známo, že význam kombinatoriky je v této doméně ústřední.
S tím, jak stále více lidí obrací svou pozornost k potenciálu kvantových počítačů, objevují se aplikace přesahující kvantovou simulaci a šifrování:
Příležitost pro kvantové výpočty k rychlejšímu a levnějšímu řešení rozsáhlých kombinatorických problémů podnítila v posledních letech investice v miliardách dolarů. Největší příležitostí může být nalezení více nových aplikací, které těží z řešení nabízených prostřednictvím kvanta. Jak řekl profesor a podnikatel Alan Aspuru-Guzik, je zde „role představivosti, intuice a dobrodružství. Možná to není o tom, kolik qubitů máme; možná je to o tom, kolik máme hackerů."
