IBM slaví průlom s kvantovými výpočty. Podařilo se mu něco, co vůbec nemělo být možné

  • Google loni stanovil, co už nedokáže spočítat klasický počítač
  • Složitější výpočty zvládne jen ten kvantový
  • IBM dokázalo něco jiného, ale není to konec kvantových mašin

IBM se pochlubilo, že na superpočítači Vulcan simulovalo 56 qubitů. Vulcan má výkon 4,3 PFLOPS a v žebříčku TOP500 se nachází až 23. místě. V globálním srovnání se tedy nejedná o žádný šinkansen – vždyť nejrychlejší superpočítač světa je více než 21× výkonnější.

Teorie Kvantové nadvlády

No dobrá, ale jaká je tedy pointa? Google loni v létě publikoval studii nazvanou Quantum Supremacy, která popisuje kvantový počítač zhruba s padesátkou qubitů.

IBM staví kvantový počítač:

Ona supremacy – nadvláda – spočívá v tom, že takový systém je už natolik složitý, že jej reálně nelze simulovat na klasickém počítači – respektive by to bylo šíleně neekonomické. Výpočty s padesáti a více kvantovými bity už tedy musí probíhat na skutečném kvantovém počítači.

Je to vlastně to samé, jako byste současný počítač simulovali pomocí nějakého mechanického stroje. Chování několika málo bitů zvládnete, brzy se však dostanete na úroveň, kdy už bude polovodičová mašina natolik rychlá, že by byly výpočty pomocí mechanického stroje nebo třeba tužky, papíru a vašeho mozku natolik pomalé a náročné, že by se prostě nevyplatily.

Proč je simulace kvantového bitu tak složitá?

Ale zpět k oněm qubitům. Kvantový bit se oproti tomu klasickému naprosto liší. Zatímco bit může mít vždy jen jeden ze dvou stavů (0 a 1) reprezentovaný v elektronice zpravidla vyšším a nižším napětím, qubit díky zvláštním vlastnostem kvantového světa může mít naráz vícero stavů, a tak dokáže v jednom okamžiku zpracovat více operací.

A více v tomto případě znamená astronomicky více! Dva propojené qubity zvládnou v jeden okamžik zpracovat 22 operací (4), 3 qubity 23 operací (8) a 56 qubitů 256 operací, což už je za horizontem lidské představivosti. Jak se píše v oné studii Qantum Supremacy, mělo by se jednat o natolik složitou strukturu, že by její simulace na klasickém počítači zabrala enormní množství paměti. Jen pro představu, Švýcaři letos simulovali 45qubitový systém na mašině s 500 TB paměti.

IBM vyvinulo nový systém simulace

IBM nicméně přišlo na způsob optimalizace, kdy jeho inženýři celou simulaci rozdělili na menší díly, a tak dokázali simulovat ještě mnohem složitější systém na relativně slabším Vulcanu pouze s 3 TB RAM.

Vulcan v číslech

  • Pořadí v TOP500: 23.
  • Model: IBM BlueGene/Q
  • Procesory: IBM Power BQC, 16 jader, 1,6 GHz
  • Počet jader CPU: 393 216
  • Operační paměť: 393,2 TB
  • Změřený výkon v benchmarku Linpack: 4,293 PFLOPS
  • Spotřeba: 1,972 MW
  • Operační systém: Linux
  • Majitel: Lawrence Livermore National Laboratory
  • Další podrobnosti: Top500.org

Svým způsobem tedy překonali předpoklad Googlu, že něco takového by už mělo být prakticky nemožné. Nicméně se rozhodně nejedná o překonání kvantových počítačů jako takových. Právě naopak. Díky nové technice simulace lze totiž testovat mnohem komplikovanější kvantové virtuální počítače, což pomůže k vývoji těch skutečných.

A hlavně, ačkoliv dokáže čtyřpetaflopsový sálový superpočítač simulovat 56qubitový systém, potřebuje k tomu dva dny práce. Skutečný kvantový počítač by měl podobnou operaci zvládnout nejvýše za 100 mikrosekund!

Jsme stále na začátku

Výzkum IBM tedy zároveň ukazuje, jaký kus cesty před sebou ještě vědci mají. Sice dokážou simulovat 56qubitový systém, ale teoretický univerzální kvantový počítač, který by mohl provádět libovolné výpočty pohádkovou rychlostí, by jich potřeboval o mnoho řádů více – nejméně stovky tisíc qubitů.

Zatím jsme tedy stále na začátku. Současný stav se podobá situaci v polovině minulého století, kdy si inženýři pohrávali s prvními tranzistory a snili o tom, že jednou vyrobí čip, který jich bude díky ohromné miniaturizaci obsahovat miliardy. Trvalo to sice desítky let, ale nakonec to inženýři dokázali.

Zdroj: IBM

Diskuze (18) Další článek: VibWrite promění hloupé domovní dveře v dotykovou vrstvu. Stačí na ně zaklepat a odemknou se

Témata článku: Google, Věda, Linux, IBM, Superpočítače, Kvantové počítače, Fyzika, Simulace, Složitý systém, První tranzistor, Minulé století, Operační paměť, Vulcan, Nadvláda, Enormní množství, Změřený výkon, Složitá struktura, Klasický počítač, Mašina, Operační systém, Kvantový výpočet, Libovolný výpočet, Globální srovnání, Kvantový svět, Mechanický stroj

Určitě si přečtěte


Aktuální číslo časopisu Computer

Jak vznikají filmové efekty

Test ATX skříní a externích disků

Znáte svá práva při reklamaci?

Průvodce první instalací NASu