Kvantový počítač znie ako sci-fi a väčšina článkov o ňom je plná zložitej fyziky. Pritom základnú myšlienku sa dá vysvetliť aj bez vzorcov. Poďme na to jednoducho a zároveň úprimne, kde je realita a kde ešte len sľub.

Čo je kvantový počítač

Kvantový počítač je počítač, ktorý počíta podľa zákonov kvantovej fyziky, a tým úplne inak než bežný počítač. Nie je to len „rýchlejšie PC“. Je to iný spôsob počítania, ktorý je výnimočný len pri určitých typoch úloh, nie pri bežnej práci.

Hneď na úvod dôležité: kvantový počítač nenahradí váš notebook ani telefón. Na e-mail, web či hry sa nehodí a bežný počítač je na to lepší.

Bit verzus qubit

Rozdiel sa najlepšie pochopí na základnej jednotke informácie:

  • Bit v bežnom počítači má hodnotu buď 0, alebo 1. Vždy jedno z dvoch.
  • Qubit (kvantový bit) môže byť 0, 1, alebo oboje naraz v určitom pomere. Tomuto stavu „naraz“ sa hovorí superpozícia.

Práve qubit a jeho schopnosť byť vo viacerých stavoch súčasne dáva kvantovému počítaču jeho zvláštnu silu.

Kvantové javy jednoducho

  • Superpozícia. Qubit môže byť 0 aj 1 zároveň, kým ho nezmeriate. Vďaka tomu vie počítač naraz „skúmať“ veľa možností.
  • Previazanie (entanglement). Dva qubity sa dajú prepojiť tak, že ich stavy spolu súvisia, aj keď sú od seba ďaleko. To umožní výpočty, aké bežné bity nezvládnu.
  • Interferencia. Šikovným postupom sa správne odpovede zosilnia a nesprávne navzájom vyrušia.
  • Meranie. Keď qubit odmeriate, superpozícia „spadne“ na jasnú 0 alebo 1. Preto treba algoritmy navrhnúť veľmi prefíkane.

Prečo by mohol byť mocný

Pri určitých problémoch vie kvantový počítač preskúmať obrovský priestor možností oveľa efektívnejšie než bežný. Zjednodušene: s každým ďalším qubitom rastie počet stavov, ktoré vie podchytiť, dvojnásobne. Pri dostatočnom počte qubitov by tak zvládol úlohy, ktoré by bežnému počítaču trvali nepredstaviteľne dlho.

Pozor, neplatí to všeobecne. Je to výhoda len pri špecifických úlohách, nie pri všetkom.

Na čo by bol dobrý

  • Simulácia molekúl a materiálov. Návrh liekov, lepších batérií a nových materiálov. Toto je jeho najsľubnejšie využitie.
  • Optimalizácia. Hľadanie najlepšieho riešenia v doprave, logistike či financiách.
  • Kryptografia. Vie potenciálne prelomiť niektoré dnešné šifrovanie, o čom si povieme nižšie.
  • Výskum v AI a strojovom učení, zatiaľ v ranom štádiu. Súvisí s článkom strojové učenie.

Aká je realita dnes

Buďme féroví, kvantové počítače sú zatiaľ na začiatku:

  • Qubity sú extrémne krehké. Ľahko ich naruší okolie, robia chyby (hovorí sa tomu dekoherencia).
  • Potrebujú extrémny chlad, takmer absolútnu nulu, a náročnú opravu chýb.
  • Súčasné stroje sú „hlučné“ a malé. Majú obmedzený počet qubitov a zatiaľ nie sú prakticky užitočné pre väčšinu reálnych problémov.
  • Prístup je cez cloud. Doma ho mať nebudete, firmy ako IBM či Google k nemu ponúkajú prístup na diaľku.

Inak povedané, je to mimoriadne perspektívna technológia, no jej skutočný praktický prínos ešte len príde.

Bezpečnostný dopad: šifrovanie a postkvantová kryptografia

Toto je časť, ktorá sa týka aj firiem. Dostatočne výkonný kvantový počítač by raz mohol prelomiť niektoré dnešné šifrovanie (napríklad to, na ktorom stoja SSL/TLS certifikáty a bezpečné spojenia). Hrozí aj scenár „ulož teraz, dešifruj neskôr“, keď útočník dnes pozbiera zašifrované dáta a počká na budúci kvantový počítač.

Preto sa už dnes pripravuje postkvantová kryptografia, teda nové spôsoby šifrovania odolné aj voči kvantovým počítačom. Pre bežnú firmu to zatiaľ nie je akútne, no je dobré o tom vedieť a pri citlivých dlhodobých dátach na to myslieť. Súvisí to so zásadami kybernetickej bezpečnosti.

Praktické pre laika a firmu

  • Nezmení vám bežné počítanie, aspoň nie v dohľadnej dobe.
  • Nie je to konkurencia vášho PC, ale nástroj na špecifické vedecké, optimalizačné a kryptografické úlohy.
  • Najreálnejší dopad je bezpečnostný, postupný prechod na postkvantové šifrovanie.

Záver

Kvantový počítač počíta podľa zákonov kvantovej fyziky a vďaka qubitom, superpozícii a previazaniu vie pri určitých úlohách to, na čo bežný počítač nestačí. Nie je to však rýchlejšie PC ani náhrada vášho notebooku, je to špecializovaný nástroj a zatiaľ na začiatku vývoja. Najpraktickejší dopad naň bude v bezpečnosti, kde postupne prejdeme na šifrovanie odolné voči kvantovým počítačom.

Pripravte firmu na budúcnosť

Poradíme s bezpečnosťou aj IT, ktoré obstoja aj pri nových technológiách. Pre domácnosti aj firmy na Liptove.

Ozvite sa nám

Tento článok je súčasťou prehľadu Hardvér a komponenty.