slideslideslideslide

Novinky

MARTIN PLESCH: Kvantový počítač je ako človek. Nepočíta presne, často sa mýli, ale dokáže riešiť úlohy, na ktoré sú bežné počítače krátke

9.3.2020

Určite ste už veľa počuli o kvantových počítačoch, ale – ruku na srdce – aj tak o nich nič neviete. Túto informačnú medzeru preklenieme rozhovorom s docentom Martinom Pleschom z Fyzikálneho ústavu SAV, ktorý sa venuje kvantovej informatike, najmä bezpečnej produkcii náhodných čísel a testovaniu kvantových počítačov. Okrem toho bloguje, šéfuje Medzinárodnému turnaju mladých fyzikov a spoluorganizuje Olympiádu mladých vedcov. Aby toho nebolo málo, predsedá porote Ceny Dionýza Ilkoviča – ocenenia pre učiteľov a dobrovoľníkov za prácu s talentami.

Martin PleschPočítač využívajúci zákony kvantovej mechaniky: Je bližší tomu, ako fungujeme my, ľudia 

Čo treba vedieť na to, že ste sa stali odborníkom na kvantové počítače?

Celkom logicky aspoň základy kvantovej mechaniky. Môže sa to zdať ako veľmi komplikované, ale v skutočnosti to až také náročné nie je – vyučujem Základy kvantovej teórie informácie na matfyze v Bratislave a tam sa dokážeme k prvým protokolom pre kvantové počítače dostať niekedy v polovici semestra – po cca ôsmich hodinách výučby.

Iná otázka je, čo treba spraviť, aby sa človek dokázal presadiť v rámci svetovej vedeckej komunity. A to je rozhodne náročné. Keď som si po viac ako desiatich rokoch znova otvoril jeden zo svojich prvých článkov, ktorý som písal pred viac ako desiatim rokmi, v čase, keď bola táto oblasť v začiatkoch, uvedomil som si, že v dnešnej dobe by mi ho v tom stave nikam nezobrali – nároky boli podstatne nižšie. Kvantová komunikácia je úžasná problematika, ale tie najjednoduchšie veci v nej už boli objavené a vstupovať do nej dnes je vcelku náročné. Minimálne v teoretickej oblasti.

Laicky – v čom je kvantový počítač iný oproti “bežnému”?

Využíva zákony kvantovej mechaniky. Tie sú iné ako tie, na ktoré sme bežne zvyknutí. Jedným z najpodstatnejších je, že pri meraní systému sa zmení jeho stav. Laicky povedané: tým, že sa na vec pozrieme, „pokazíme“ ju. To je veľmi výhodné pri zabezpečovaní komunikácie, keď vieme ľahko zistiť, či sa nás niekto pokúsil odpočúvať. Spôsobuje to však problémy pri počítaní, kde nám naokolo behajú fotóny, ktoré nám systémy merajú a kazia.

S veľkým nadhľadom by sa dalo povedať, že kvantový počítač je bližší tomu, ako fungujeme my ako ľudia. Nepočíta úplne presne, skôr odhaduje, často sa mýli, ale dokáže riešiť úlohy, na ktoré sú bežné počítače krátke.

Pokusy o opravu kvantových počítačov zatiaľ zlyhávajú

Prekvapuje ma, že kvantové počítače dnes sú pomerne chybové a existujú len ako prototypy. Prečo?

Zatiaľ nedokážeme vyriešiť problém, ktorý sa odborne nazýva dekoherencia. Zapísaný stav počítača sa rýchlo kazí. A pokusy o opravu zatiaľ zlyhávajú, lebo pri nich stav pokazíme ešte viac. Potrebujeme sa dostať k tomu, aby sme dokázali manipulovať kvantovú pamäť presnejšie, teda aby pri manipulácii vzniklo menej chýb, ako sa podarí opraviť. Až potom nastane zlom, keď budú počítače reálne použiteľné.

počítač

Druhý problém je tzv. škálovateľnosť. Dnes dokážeme vyrobiť počítač skladajúci sa z piatich kvantových bitov (qubitov), ktoré medzi sebou komunikujú. Ale pri počítači s 20 qubitmi už komunikujú medzi sebou len niektoré. Lenže nato, aby počítač za niečo stál, potrebuje mať qubitov tisíce a musia dokázať medzi sebou komunikovať a to nevieme technicky zrealizovať. Ale štafetu už pred pár rokmi od vedcov prebrali veľké firmy ako Google či IBM a malé startupy, takže verím, že už sme relatívne blízko…

Budú všetky počítače časom kvantové?

Nie. Osobne si myslím, že v dohľadnej budúcnosti niekoľkých desiatok rokov v najlepšom prípade príde k tomu, že budú existovať centrálne kvantové počítače k dispozícii cez cloud, ktorým zadáme riešiť špecifické pre nich vhodné úlohy. Bežné notebooky, tablety a mobily zostanú zrejme ešte veľmi dlho klasické.

Kvantová nadvláda 

Ešte vlani prebehla médiami informácia, že Google dosiahol tzv. quantum supremacy. Ako sa na to pozeráte? Naozaj dosiahol Google kvantovú prevahu? Čo to bude v praxi znamenať?

Skepticky. Beriem to ako drobný krok správnym smerom, z ktorého Google robí veľkú vec. Páčila sa mi reakcia IBM, že na ich klasických počítačoch by daný problém vedeli vyriešiť za pár hodín.

V skutočnosti ide o to, že Google postavil počítač a vymyslel si preňho úplne špecifický problém, o ktorom tvrdí, že ho dokáže riešiť. Aj toto tvrdenie je trochu otázne, nakoľko nevieme správnosť riešenia overiť, ale sú dobré dôvody veriť, že je správne. Problém je v tom, že inak je ten počítač úplne nanič.

Mne osobne sa oveľa viac páči prístup IBM, ktorí dali svoje počítače k dispozícii vedcom cez cloud, môžeme si na nich programovať, skúšať a testovať. Je to také pieskovisko pre vedcov, ale poskytujeme IBM cennú spätnú väzbu, čo im funguje a čo nie.

 

Kvantové počítače môžu pomôcť vyvinúť nové materiály alebo lieky

Môžeme očakávať od kvantových počítačov nájdenie nových riešení pre niektoré veľké otázky a problémy, napr. liečba rakoviny, vojny a pod.?

Kvantové počítače, ak sa ich raz podarí zostrojiť v plnej škále, dokážu mnoho vecí. Veľa sa hovorí o hackovaní šifrovania na internete, ale to ja osobne pokladám za marginálne – dnes máme šifrovacie metódy, ktoré kvantovým počítačom odolajú a keď sa ich príchod bude blížiť, vznikne motivácia na ich nasadenie.

Za oveľa dôležitejšie považujem predpokladanú schopnosť kvantových počítačov simulovať komplexné kvantové systémy. To by nám mohlo pomôcť pri vývoji nových materiálov či liekov. Zrejme to dokáže výrazne pomôcť pri rozvoji AI a pri optimalizácii procesov, nie len vo vede.

Avšak to neznamená, že sa svet nutne stane lepším – možno práve naopak. Spomeňme si, ako sme sa nádejali, že rozvoj internetu a elektronizácia spôsobia, že svet bude slobodnejším. Niekedy je však opak pravdou – stačí sa ísť pozrieť do Číny, kde rozmach IT umožnil vláde sledovať svojich občanov v rozsahu, aký bol predtým nepredstaviteľný.

Martin Plesch

Pôsobili ste vo Viedni, Brne či Oxforde a v súčasnosti ste vedeckým pracovníkom Fyzikálneho ústavu SAV v Bratislave a Ústavu výpočtovej techniky Masarykovej univerzity v Brne. Kde sa vám veda robí najlepšie?

To je ťažká otázka. Veda je vždy o spolupráci. Tí šťastnejší majú svoje skupiny lokálne, snažím sa ju vybudovať aj ja, zatiaľ však tvorím v spolupráci s kolegami z iných inštitúcií. Či sedím v Bratislave alebo v Brne, či predtým vo Viedni alebo Oxforde, vždy som robil jednu vedu. Niekde boli lepšie materiálne podmienky, inde partia, všade sa však rád vraciam.

Uvedomujem si ešte jednu vec – ak sa človek zahĺbi do svojej oblasti, veľmi ľahko sa z neho stane niečo, čomu Nemci nádherne hovoria „Fachidiot“. Odborník vo svojej oblasti, ktorý nerozumie ničomu inému. Preto sa snažím venovať aj širšej problematike – som prezidentom medzinárodnej súťaže vo fyzike pre študentov stredných škôl IYPT, ktorej sa zúčastňuje okolo 40 krajín z celého sveta. A keď sedím v porote alebo pripravujem prednášky, vždy siaham na dno svojich vedomostí a schopností, nie len čisto vo fyzike.

Pomáhal som tiež jednému slovenskému startupu vedecky dokazovať účinnosť ich nálepiek na hokejky, ktoré sa používajú namiesto štandardných pások. Bola to úžasná skúsenosť – z ničoho nadizajnovať experiment, s kolegami zmerať, ako strieľajú Chára či Tatar, vyhodnotiť dáta za použitia štatistických metód, s ktorými som nikdy predtým nerobil a nakoniec aj vysvetliť, prečo je nálepka práve o tých pár percent lepšia ako páska. Snažíme sa výsledky dostať do špičkového vedeckého časopisu, rovnako, ako sa nám to podarilo pred časom pri riešení jedného z problémov IYPT aj preto, aby sme ukázali, že aj na Slovensku, a bez dotácií, sa dá robiť svetová veda.

foto: archív M. Plescha, repro YouTube

Prosíme vás o podporu 2% z dane. Ďakujeme!