Tento rok bude velký pro kvantové výpočetní techniky, alespoň podle OSN: 2025 je oficiálně „Mezinárodní rok kvantové vědy a technologie, “celosvětová iniciativa ke zvýšení povědomí o technologickém pokroku a podpoře nového pokroku.
Také se shoduje se 100. výročí narození moderní kvantové mechaniky, která nám dala vše od laserů po magnetiku vzácných země, internet až po globální navigaci. Moderní svět by vypadal velmi odlišně bez kvantové vědy.
Ale my jsme jen poškrábali povrch toho, co je možné. Ačkoli technologie je v mnoha podobách stále rodící se, kvantové výpočetní technika by mohla změnit život, jak ji známe.
Kvantové technologie by mohly transformovat medicínu a umělou inteligenci a mít potenciál být použity pro aplikace od finančního modelování po kryptografii, navrhování nových materiálů pro supravodiče a lepší baterie a zrychlení strojového učení.
Ale co přesně je Kvantové výpočetní techniky? A záleží na tom, že v laboratořích záleží za říše mozkových látek?
Na rozdíl od klasických počítačů, které používají binární číslice (nebo bity), představují informace jako 0 nebo 1, kvantové počítače používají kvantové bity nebo qubits, které mohou existovat jako nuly i ty najednou. To znamená, že může řešit složité problémy exponenciálně rychlejším rychlostí.
Přemýšlejte o tom jako o myš, která se snaží najít cestu bludištěm. U klasických počítačů musí metaforická myš vyzkoušet každou cestu a odstranit každou možnost, dokud nenajde správnou a případnou cestu ven.
Při kvantovém výpočtu se myš přeplňuje a je schopna vyzkoušet každou možnou cestu současně. Najde výstup ve zlomek času.
To znamená, že vědecké objevy by se mohly stát rychleji, spíše v týdnech nebo dnech než desetiletích. Vyhlídky jsou tak slibné, že společnosti po celém světě se snaží kus koláče.
Začátkem tohoto týdne IBM oznámila, že to bude investování 30 miliard dolarů Během příštích pěti let pro vývoj kvantových počítačů. Amazon již představil Cloudové kvantové výpočetní přístup pro rané osvojitele.
Čínský maloobchodní gigant Alibaba staví vlastní kvantové datové centrum, zatímco čínská vláda staví národní zařízení ve výši 10 miliard dolarů pro kvantový výzkum ve městě Hefei. Celkem některé odhady mají globální kvantový výpočetní trh dosahující 125 miliard dolarů do roku 2030Se Severní Amerikou je největší současný trh, ale Asie největší z hlediska růstu, podle výzkumné zprávy z ledna 2023. (Podivně, Colorado se v současné době může pochlubit největší koncentrace kvantových výpočetních společností a zařízení na světě díky úsilí o rané výzkumy na University of Colorado.)
Jeden z dosud největších kvantových vývojů letošního roku byl nedávno vydán v časopise Věda. Společnost D-Wave Systems, společnost se sídlem v Palo Alto v Kalifornii, použila kvantové výpočetní techniky k simulaci vlastností magnetických materiálů, jako je druh používaný v chytrých telefonech a lékařských zobrazovacích zařízeních.
Jejich výsledky byly „nad rámec toho, co lze udělat s klasickými přístupy“, řekl Trevor Lanting, hlavní rozvojový ředitel D-Wave, The Post. „Věříme, že jsme první a jedinou organizací na světě, která prokáže kvantovou nadvládu v reálném problému.“
Podle jejich zjištění byl kvantový počítač schopen dokončit simulaci magnetických materiálů za necelých 20 minut. „Stejný problém by vzal nejmodernější klasický počítač, jako jeden z předních světových superpočítačů v Oak Ridge National Laboratory, téměř milion let,“ říká Andrew King, jeden z vedoucích vědců D-Wave.
Pokud je to pravda, mohlo by to znamenat, že jsme na cestě k rychlejšímu výzkumu a vědeckému objevu. „To je příslib realizovaného kvantového počítače,“ říká Lanting. „To je důvod, proč obrovské korporace investují do kvantových výpočetních technologií.“
Ale ne každý ve vědecké komunitě je připraven dát D-Wave jeho ocenění. Některé laboratoře zasáhnou vlastní experimenty, což dokazuje, že klasické počítače si mohou stále držet své vlastní proti kvantovým počítačům. Organizace spojených národů může skutečně propagovat rok Quantum Science Goodwill, ale v laboratořích a institucích po celém světě se bitva vaří o kvantovou nadvládu.
Například Joseph Tindall, výzkumný pracovník kvantové fyziky z Flatiron Institute, vedl v březnu studii jako přímou reakci na D-Wave a provedl podobné výpočty jako jejich test na prostém starém notebooku a získal stejné výsledky Jen dvě hodiny. Ne blesk rychle, ale daleko od milionu let.
„(D-wave) určitě získalo.“ nějaký Působivé výsledky týkající se více složitých problémů a já to opravdu nechci zdůraznit, „řekl Tindall The Post.„ Je to spíše, že jejich nároky na „nadřazenost“ nebo „udělali jsme něco, co by trvalo miliony let na superpočítači“, nejsou skutečně pravdivé a mnohem více nuanční. “
Miles Stoudenmire, další vědec, který se podílí na Flatiron Institute, říká, že součástí problému s nárokem nadřazenosti D-Wave je, jak se rychlá věda pohybuje v moderní době. „Jejich srovnání byla založena na nejmodernějších klasických metodách v době, kdy byla práce provedena (v roce 2024),“ řekl The Post. D-Wave podceňoval klasické výpočetní techniky tím, že za předpokladu, že jejich algoritmy budou statické a neměnné, jako je výzva majitele Honda na závod v automobilu a za předpokladu, že automobilová společnost od modelu T.
„Pevně stanovení kvantové výhody je složitý obchod,“ dodává Dries Sels, profesor fyziky na New York University.
Král na D-Wave jen pokrčil rameny při těchto kritikách. „Každý miluje kontroverzi,“ říká. Stále však věří, že jsme právě viděli začátek toho, co je možné s kvantovou nadvládou. Je pravda, že věda se vždy dohání sama o sobě a „hranice toho, co jsme považovali za snadné, se posune vpřed a sníží naše výsledky,“ říká. Ale zatímco se může branka změnit, rychlost a účinnost jejich stroje ne.
D-wave není první, kdo vznesl nárok na „kvantovou nadvládu“. Grandiózní znějící koncept existuje už více než deset let. Bylo to nejprve vytvořil Caltech teoretický profesor John Preskill, který doufal, že „urychlí den, kdy dobře kontrolované kvantové systémy mohou provádět úkoly, které překonávají to, co lze udělat v klasickém světě.“
V roce 2019, Google představen Sycamore, kvantový počítač schopný výpočtů, který by trval 10 000 let, než se běží na přední světové superpočítač. Ale ta vychvalovací práva byly ztraceny minulý rokKdyž vědci z Šanghajské laboratoře Artificial Intelligence Laboratory v Číně dokončili stejný úkol na konvenčním počítači za pouhých 14,22 sekundy.
Google to zkusil znovu loni v prosinci S Willow, 105-qubit supravodivý kvantový výpočetní procesor, který může údajně provést výpočet za pět minut, který by vedl většinu počítačů 10 Septillion roky.
Vědci z Číny University of Science and Technology také vyvinuli v loňském roce „kvantovou nadřazenou“ počítač, který je 105-quitský čipový prototyp s názvem Zuchongzhi 3.0, o kterém tvrdili, že je o jeden kvadrillion rychlejší než Nejlepší superpočítače na planetě.
Ale i s těmito působivými čísly, Filippo Vicentini, profesor AI a kondenzované fyziky v École Polytechnique v Palaiseau ve Francii, varuje, že společnosti mohou „převrátit a příliš přehnat důsledky a dopad milníků, které dosáhnou a toho, co si myslí, že budou moci dělat.“
A co víc, zdroje potřebné k vytvoření a provozování kvantového počítače jsou obrovská nevýhoda, s náklady spuštěny v „desítky miliard dolarů„Podle výrobce počítačového hardwaru Seeqc.
„Člověk to musí zvážit proti své rychlosti a dalším výhodám,“ říká Stoudenmire.
Přesto, s tím, že miliardy se právě teď nalijí do AI, by se podobný investiční proud do kvantového výpočtu mohl stát, pokud se ukáže jako efektivní.
Stoudenmire také trvá na tom, že je příliš brzy na to, aby se vzdal klasických počítačů. V posledních letech došlo k významným změnám ve vývoji klasických algoritmů. Jsou rychlejší než kdy jindy, za zlomek nákladů na kvantové počítače.
Prozatím je prozatím velkou výhodou kvantových počítačů generuje „řešení některých velkých problémů velmi rychle,“ říká Tindall. Výhodou je měřítko – i když přichází, stejně jako všechny vznikající technologie, s nevýhodou.
„V současné době jsou všechna kvantová zařízení nedokonalá a dělají chyby, které dosud nejsou plně opravitelné. To znamená, že jejich řešení problémů jsou pouze přibližná.“
Vicentini, navzdory jeho skepticismu tvrzení „nadřazenosti“, říká, že je optimistický pro budoucnost kvantových platforem. Dalších pět let bylo vidět „posun paradigmatu v oblasti výpočetních kvantových věd,“ říká Vicentini. „Bude to jen mnohem pomalejší vývoj, než to, co společnosti argumentují.“
Ale Lanting na D-Wave slibuje, že přichází více pokroků a budou to něco jiného než pomalé.
„Později v tomto roce se chystáme spustit rozsáhlé procesory se 4 000 až 4 400 qubits.“ (Pro srovnání, procesor „Condor“ IBM, představeno v roce 2023měl 1 121 supravodivých qubits.
Pokud D-Wave dosáhne dokonce poloviny toho, co plánovali, bude mezinárodní rok Quantum Science OSN více než své jméno.
