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.

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.

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.

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.