Kvantové počítače se v poslední době staly skutečným hitem vědeckotechnických časopisů a serverů. Ani my nezůstáváme pozadu (viz: Evropa potřebuje své vlastní kvantové počítače, TT 13/2021). Nastal čas začít s přípravou na kvantovou budoucnost.
Kvantová výpočetní technika je stále ještě v dětských střevících a konvenční výpočetní technika nadále posouvá hranice svých výkonů i možností. Navzdory tomu vzbuzuje kvantová výpočetní technika v počítačových vědcích respekt, vyvolává zmatek v myslích vedoucích pracovníků a stresuje odborníky na kryptografii. Podle některých předpovědí bude mít odvětví kvantových počítačů do roku 2030 hodnotu 9 miliard USD, což naznačuje, že v příštích několika letech nás čeká rychlý růst. Jak tedy mohou firmy na tomto vývoji profitovat?
ATRAKTIVNÍ MOŽNOSTI UPLATNĚNÍ
Kvantová technologie má potenciál umožnit mnohem sofistikovanější počítačové simulace, například v leteckém prostředí. Úspora času a nákladů spojená s asistencí při směrování a plánování letadel je značná. Velké podniky, jako jsou Airbus a Lockheed Martin, intenzivně zkoumají možnosti využití a investují, aby využily výhody výpočetního výkonu a možností optimalizace technologie.
Kvantová výpočetní technika a kvantová mechanika mají schopnost řešit takové množství dat, které je u dnešních běžných počítačů prostě nedosažitelné. Například NASA zkoumá pomocí kvantové výpočetní techniky obrovské množství dat, která shromažďuje o vesmíru, a využívá je pro vývoj bezpečnějších letů do vesmíru.
Nejen v kosmickém výzkumu, ale i v dalších odvětvích potřebujeme prognózy. Pro predikci a předpovídání různých scénářů jsou zapotřebí velké a sofistikované datové sady. Například tradiční modelování počasí má limit na počet vstupů, které ještě mohou zvládnout tradiční počítače. Přitom počasí v určitém smyslu ovlivňuje asi 30 % amerického HDP, a proto by bylo jeho přesnější předpovídání pro ekonomiku mimořádně prospěšné.
Hledání vzorců v datech a jejich využití k předpovídání budoucích trendů je nesmírně přínosné také v dopravě. Volkswagen zkoumá, jak lze kvantovou výpočetní techniku použít k upozornění řidičů 45 minut před vznikem určité dopravní situace. Díky kvantovým počítačům je možné porovnávat vzorce provozu a předvídat chování systému tak komplikovaného, jakým je dnešní silniční nebo městský provoz.
Budoucí superpočítače budou mít významný dopad také na energetický průmysl. Kvantová mřížka, stejně jako kybernetická bezpečnost, sledování zátěže, detekce energetických ztrát a analytika spotřebitelů, to vše změní způsob, jakým miliardy lidí využívají elektřinu a vodu, a také způsob, jakým veřejné správy spravují tyto cenné zdroje. Dalším příklad je pokročilá kryptografie, jež už dnes patří k nejrozšířenějšímu využití současných kvantových počítačů.
Začíná éra revoluce kvantové výpočetní techniky, ale stále máme před sebou dlouhou cestu k pochopení toho, co vše může tato technologie nabídnout. Neuvěřitelný výpočetní výkon kvantových zařízení může posunout optimalizace, náhodné kontroly a strojové učení do nových výšin.
PŘÍPRAVA NA BUDOUCNOST
Evropská komise již v roce 2018 zahájila „Kvantovou stěžejní iniciativu", jejímž cílem je podporovat a koordinovat práci výzkumných pracovníků v oblasti základů a aplikací, například v oblasti komunikace. Je na to vyčleněna zhruba miliarda eur na deset let.
V několika evropských výzkumných centrech, především v Německu, se intenzivně pracuje na vývoji kvantových počítačů. Také z českého akademického prostředí se už ozývají hlasy, že by Česká republika mohla postavit vlastní kvantový počítač. Což je ovšem velmi odvážná myšlenka vzhledem k potřebným investicím.
Dosud byla bitva o „kvantovou nadvládu" závodem mezi USA a Čínou. Mezi největší hnací síly klíčové technologie patří americké giganty, jako jsou Google a IBM, velké finanční prostředky však investují také čínské technologické společnosti Tencent, Alibaba a Huawei. Evropa nechce zůstat pozadu. Investoři vkládají naděje nejen do mnichovského Centra pro Quantum Science and Technology (MCQST), ale i do menších společností, jako je například IQM. Pod tímto názvem se skrývá start-up s pobočkami ve městě Espoo ve Finsku a v bavorské metropoli. Nyní oznámil, že na vývoj svého hardwaru získal dalších 39 milionů eur.
Ve Velké Británii už vzniklo Národní centrum kvantových počítačů (NQCC), jehož cílem je vytvořit společné pracovní prostředí pro stavbu prototypových kvantových strojů a vývoj inovativních aplikací. Začíná stavět první laboratoř s rozpočtem 93 milionů liber na příštích pět let. Bude postavena v Harwellu v Oxfordshire, spolu s několika dalšími špičkovými vědeckými zařízeními provozovanými Radou pro vědu a zařízení (STFC), a má být otevřena v roce 2023.
Jedním z klíčových výstupů NQCC je předvést kvantový počítač s více než 100 qubity (kvantovými bity) do roku 2025, takže tým NQCC již zahájil zadávání své první tranše projektů výzkumu a vývoje. „Budova je důležitá, ale nemůžeme čekat, až bude hotová, protože technologie se rychle vyvíjí a naši mezinárodní konkurenti postupují kupředu," říká ředitel NQCC Michael Cuthbert.
Počáteční cíle a priority NQCC vyplynuly z podrobného plánu, na kterém poslední dva roky pracovalo přibližně 20 předních britských kvantových odborníků. Plán zdůrazňuje současné aktivity v oblasti kvantové výpočetní techniky, identifikuje klíčové přednosti britské kvantové komunity a hodnotí vyspělost různých technologických platforem a jejich potenciál v příštích 10 letech. Spojené království je tradičně považováno za silné v akademickém výzkumu, ale slabší v komerčním využívání. M. Cuthbert však poukazuje na to, že koordinovaná aktivita vyvolala vznik 41 začínajících společností, které již vydělávají na rozvíjejícím se trhu s kvantovými technologiemi. Získaly více než 135 milionů liber na investice. Kromě inkubace nových start-upů a navazování spojení s průmyslem bude důležitou rolí NQCC také podpora školení a rozvoje dovedností, což akademikům umožní vstup do průmyslu.
Počátečním cílem centra je demonstrovat fungující kvantový počítač s více než 100 qubity. Takové stroje jsou důležité pro demonstraci schopností kvantových počítačů, ale nebudou schopné dosáhnout výkonu dnešních vysoce výkonných superpočítačů. To se podaří asi za deset až patnáct let.
Z tohoto důvodu NQCC nyní zadává řadu menších projektů na hledání využití dnešních prototypů. Budou zkoumat dopad, který může mít kvantová výpočetní technika v různých obchodních sektorech a oblastech výzkumu, a pokusí se převést složité problémy v těchto různých oblastech do úkolů, které může kvantová výpočetní technika řešit. „Výsledek těchto projektů bude nabízet odpověď na otázku, zda je kvantová výpočetní technika pouze vědecký projekt, nebo zda skutečně přinese praktický komerční potenciál, o kterém všichni mluví," říká M. Cuthbert.
KDO BUDE OBSLUHOVAT KVANTOVÉ POČÍTAČE
I když se komerční nasazení kvantových počítačů očekává až v dalším desetiletí, IBM si už chce vychovat budoucí zákazníky. Její program nazvaný Quantum Accelerator zahrnuje vzdělávání budoucích uživatelů kvantových algoritmů. Společnost uvedla, že svou vzdělávací nabídku přizpůsobí potřebám různých skupin v každé společnosti. Někteří vedoucí pracovníci na vysoké úrovni mohou potřebovat základy toho, co jsou kvantové počítače a jak se kvantové algoritmy liší od konvenčních a kde by mohly pomoci s obchodními potřebami. Naproti tomu budou softwaroví inženýři potřebovat mnohem více technického školení, jak programovat kvantové počítače nebo psát vlastní kvantové algoritmy.
IBM je mezi desítkami společností závodících v komercializaci kvantových počítačů. Postavila jeden z prvních fungujících kvantových počítačů, ale nyní soutěží už s celou plejádou dalších, velkých i malých, firem ve vývoji kvantových algoritmů a softwaru pro kvantové počítače. Jedním ze zajímavých konkurentů je start-up Rigetti, který vede konsorcium v hodnotě 10 milionů GBP zaměřené na vytvoření prvního komerčně dostupného kvantového počítače ve Velké Británii. Oznámení projektu, podpořeného britským vládním grantem s odpovídajícími příspěvky partnerů konsorcia, dále upevňuje pozici Spojeného království v oblasti s revolučním potenciálem. Kvantový počítač bude první mezinárodní hardwarovou instalací pro Rigetti se sídlem v USA, kterou založil bývalý výzkumník IBM Chad Rigetti. Mezi partnery patří výrobce špičkových nástrojů pro výzkum Oxford Instruments, univerzita v Edinburghu, společnost kvantového softwaru Phasecraft a britská banka Standard Chartered.
IBM chce mít do roku 2023 k dispozici kvantový počítač s více než 1 000 qubity. Společnost uvedla, že stroj s tímto druhem výkonu by měl být užitečný pro mnoho reálných obchodních problémů, jako jsou chemické simulace nebo lepší kalibrace kompromisů mezi potenciálním rizikem a ziskem v některých finančních portfoliích. Do roku 2030 plánuje mít k dispozici stroj s 1 milionem qubitů. Chce si proto vychovat celou komunitu uživatelů kvantových počítačů, kteří budou vyvíjet takové projekty, jež bude moci zvládnout právě jen tato nejnovější technologie. /Karel Sedláček/