Kvantové počítače jsou na dosah ruky. Čip od Microsoftu musí být chladnější než vesmír

Vědci již dlouhé roky tvrdí, že kvantové počítače změní celý svět výpočetní techniky, tak jak ho známe nyní. Přinesou výkon nesrovnatelný s dnešními stroji. Na kvantových čipech pracují přední technologické společnosti světa, jako je například Google či IBM.

Právě první zmiňovaná společnost způsobila na konci prosince průlom, když představila extrémně rychlý čip Willow. Ten zvládne za pět minut spočítat příklad, který by jinak nejvýkonnějšímu superpočítači na světě trval 10 kvadrilionů let.

A stejný průlom nyní hlásí Microsoft se svou novinkou zvanou Majorana 1, jde o první kvantový čip od amerického softwarového giganta, jak upozornila agentura Reuters. Kvantový čip není o moc větší než procesory běžných počítačů, výkon je ale samozřejmě nesrovnatelný.

Kvantová výpočetní technika vychází z vlastností subatomárních částic, které vědci zkoumají již několik desetiletí. Ty zcela mění způsob, jakým počítače pracují. Tradiční PC sestavy totiž pracují s bity v podobě jedniček a nul, proti tomu kvantové počítače využívají kvantové bity – tzv. qubity. Ty mohou být zároveň jedničkou i nulou, což jim umožňuje v praxi zpracovávat obrovské množství informací paralelně.

Klíčem k tomuto pokroku jsou jevy, jako je kvantové zapletení, kdy je jeden elektron na velkou vzdálenost propojen s jinou částicí, nebo superpozice, která umožňuje qubitům být „na několika místech zároveň“.

Kvantové počítače by díky tomu mohly vyřešit problémy, které jsou pro běžné počítače nedosažitelné – například v oblasti medicíny, klimatologie či umělé inteligence. Mezi takové mohou patřit optimalizační úlohy pro řešení elektronické struktury nových materiálů, řízení dopravy či přístavů.

V současnosti jsou identifikovány další možnosti uplatnění, které lze najít téměř ve všech vědeckých oblastech. Mimo jiné v automobilovém průmyslu, při vývoji nových elektrických baterií, v energetice, finančnictví, farmacii, kvantové chemii, kryptografii, ale také v kvantovém strojovém učení a mnoha dalších.

Čip Majorana 1 od Microsoftu je výsledkem dlouholetého výzkumu a jeho vývoj se opírá o subatomární částici, známou jako Majorana fermion. Tato částice, o které se teoretizovalo již ve 30. letech 20. století, má unikátní vlastnosti, které mohou pomoci snížit chyby, jež jsou častým problémem v kvantových počítačích.

Právě kvůli chybovosti se počítalo s tím, že éra kvantových počítačů přijde až za několik desítek let – tedy až se podaří tento zásadní problém vyřešit. To se ale evidentně Microsoftu skutečně povedlo, díky čemuž bychom měli podle zástupců amerického technologického giganta očekávat nástup kvantových strojů již během pár let.

V oficiální prezentaci výzkumníci přiznali, že i přes teoretickou existenci této subatomární částice pro ně bylo velmi obtížné Majorana fermion identifikovat a ovládat. To se ale nyní podařilo, Majorana 1 je milníkem ve vývoji kvantových čipů.

Zajímavostí je, že Majorana 1 musí být uložena v kryogenním zařízení s nepřetržitým chlazením. Qubity jsou v něm udržovány při nižší teplotě, než jaká panuje ve vesmíru. To jinými slovy znamená při teplotě pod -270 °C.