Google tvrdí, že kvantový počítač je 100-miliónkrát rýchlejší

Spoločné laboratórium Google a NASA na experimenty s kvantovými počítačmi s názvom Quantum Artifical Intelligence Lab funguje už od roku 2013. Vtedy do laboratória umiestnili superpočítač od kanadskej spoločnosti D-Wave, ktorý využíva k obrovskému zrýchleniu výpočtovej kapacity niektoré kvantové javy.

Ná­zo­ry na to, či ide sku­toč­ne o kvan­to­vý po­čí­tač, sa však stále roz­chá­dza­jú. V prípade predchádzajúceho modelu D-Wave porovnávacie cesty nepreukázali exponenciálny rast výpočtového výkonu, takzvané “kvantové zrýchlenie”. D-Wave síce navrhla alternatívne merania, ale mnohí odborníci sú skeptickí.

Prvý komerčný „kvantový“ počítač od spoločnosti D-Wave, označovaný ako D-Wave One, sa objavil v roku 2011. D-Wave One mal 128quibitový čip, ale vzhľadom k obmedzeným možnostiam výpočtov sa nazýval skôr kvantovým optimalizátorom.

Hoci sa niektoré kvantové javy v elektronike používajú dávno, pojem kvantový počítač je zatiaľ dosť zavádzajúci. Aj napriek tomu, že výrobca takto svoj stroj D-Wave X2 nazýva. Mimochodom D-Wave 2X dokáže spracovať 1000 qubi­tov, čo je dvoj­ná­so­bok op­ro­ti predchádzajúcej ver­zii. Zvyšovanie počtu qubi­tov zvyšuje exponent počtu uskutočnených paralelných operácií, D-Wave 2X teda spracuje až 2¹⁰⁰⁰ vyhľadávaní.

V skutočnosti ide o takzvaný kvantový annealer (quantum Annealing – kvantové žíhanie), podľa spôsobu, akým pracuje. Nejde o univerzálny počítač, ktorý namiesto bitov nakŕmime qubitmi, ale o zariadenie, ktoré sa pokúša využiť akceleráciu kvantových javov pre špeciálne úlohy.

Reálny kvantový počítač by mal namiesto bitov pracovať s kvantovými bitmi (qubitmi), ktoré môžu nadobúdať viacero hodnôt súčasne a počítač by mal byť schopný v jednom kroku zrátať všetky varianty riešenia. Do hry okrem toho vstupujú ďalšie kvantové javy, ako kvantová previazanosť a iné podivnosti z kvantovej fyziky. Kvantový počítač by mal byť schopný pracovať extrémne rýchlejšie oproti klasickému poťítaču a tento jav sa nazýva kvantové zrýchlenie. D-Wave však nie je univerzálny počítač. Kvantové javy vie využiť len na riešenie určitých úloh, pričom odborníci stále hľadajú, o aký typ úloh by malo ísť. V Quantum Artifical Intelligence Lab sa na riešení problému zúčastňujú špičkoví vedci a práve teraz Google a NASA zverejnili predbežnú štúdiu o výsledkoch testovania superpočítača D-Wave 2X. Informoval o tom napríklad portál GIZMODO.

Špecialisti hľadali kvantové zrýchlenie pomocou porovnávanie D-Wave 2X s bežnými počítačmi, na ktorých bežali simulované procesy. Jedným z nich bolo simulované žíhanie (SA, Simulated Annealing) a ďalším sada algoritmov QMC (Quantum Monte Carlo). Výkonnosť kvantového počítača rastie so zložitosťou úlohy, zatiaľ čo u klasického počítača exponenciálne rastie čas spracovania s komplikovanosťou úlohy .

Pri porovnávacích testoch nebol rozdiel oproti simulácii na klasickom počítači veľký, ale keď počet premenných v úlohe prekonal tisíc, D-WAVE 2X už bol jednoznačným favoritom. Spočítal totiž úlohu 100 miliónkrát (10⁸ x) rýchlejšie ako simulátor na klasickom počítači.

Čas riešenia problému (os Y) s rastúcou zložitosťou (os X) na kvantovom počítači D-Wave 2X a na klasickom počítači pri simulácii algoritmov SA a QMC.

Experiment je ale vzdialený od praktického využitia kvantového počítača. Vedci a vývojári kvantových počítačov teraz musia vyriešiť, ako prispôsobiť ich konštrukciu tak, aby sa hodili na spracovanie problémov využiteľných v praxi – od armády, fyziky, alebo meteorológie, po medicínu.

Niektorí vedci sú stále skeptickí a myslia si, že skutočný kvantový počítač sa nakoniec nepodarí zostrojiť, iní sú však optimisti. Očakávajú, že kvantový čip v roku 2023 bude mať namiesto dnešných 1024 až milión qubitov.