Kvantové výpočty, které jsou již dlouho považovány za budoucnost technologií, slibují bezkonkurenční výpočetní kapacitu a způsobí revoluci v řadě odvětví, včetně objevování léků, optimalizace a kryptografie. Přestože je náročné stanovit přesný časový rámec, odborníci se domnívají, že nástup praktických kvantových počítačů je již za rohem. V této eseji se budeme zabývat současným stavem kvantové výpočetní techniky, jejími obtížemi a možnostmi.
Kdy bude kvantová výpočetní technika dostupná? Touto otázkou se zabývají vědci i techničtí nadšenci. Přestože již existují v laboratořích, kvantové počítače jsou stále v plenkách. Tyto kvantové stroje v rané fázi vývoje, často označované jako šumové kvantové stroje středního rozsahu (NISQ), jsou náchylné k chybám a mají malý počet qubitů. Poskytují však vědcům užitečné příležitosti k experimentování, vytváření algoritmů a zkoumání možného využití kvantové výpočetní techniky.
Sestrojení plně funkčního kvantového počítače s opravou chyb je náročný úkol, který vyžaduje překonání mnoha překážek. Jednou z hlavních výzev je křehkost qubitů, základních jednotek kvantových výpočtů. Qubity musí být pečlivě spravovány a chráněny před šumem a dekoherencí, protože jsou extrémně citlivé na vnější rušivé vlivy. Významným problémem, který výzkumníci v současné době řeší, je, jak zvýšit množství qubitů a zároveň zachovat jejich koherenci a stabilitu.
Pro některé druhy úloh mají kvantové počítače potenciál stát se podstatně rychlejšími než konvenční počítače. Kvantové počítače se zrychlují díky využití paralelních výpočtů a kvantových jevů, jako je superpozice a provázanost. Kvantové algoritmy prokázaly schopnost exponenciálně překonávat klasické algoritmy v oblastech, jako je faktorizace, simulace kvantových systémů a optimalizace, přičemž přesné zrychlení pro jednotlivé situace nelze odhadnout.
Obecně se předpokládá, že k dosažení „kvantové výhody“ oproti klasickým počítačům pro konkrétní činnosti by stačilo několik stovek qubitů. Počet qubitů je populární metrikou používanou k měření výkonu kvantového počítače. Přesné potřebné množství se však může měnit v závislosti na povaze problému a stupni použité korekce chyb. Například prolomením mnoha současných šifrovacích algoritmů by kvantový počítač s přibližně 1000 qubity mohl případně způsobit revoluci v oblastech, jako je kryptografie.
Závěrem lze říci, že ačkoli je obtížné uvést přesné datum, kvantová výpočetní technika postupuje neustále kupředu. Přestože je stále třeba překonat značné překážky, blížíme se dni, kdy budou k dispozici funkční kvantové počítače. Vývoj kvantových počítačů s opravou chyb a stovkami nebo dokonce tisíci qubitů, který je v současné době předmětem probíhajícího projektu, by mohl být pro mnohá odvětví velkým přínosem. Můžeme očekávat, že kvantové počítače se stanou realitou v nepříliš vzdálené budoucnosti, protože výzkumníci budou i nadále posouvat hranice kvantové technologie, čímž se otevře nová éra výpočetního výkonu a potenciálu.
Základní část informace v kvantových počítačích, neboli qubit, nemá fyzikální velikost jako běžný bit v klasických počítačích. Qubity mohou současně existovat ve stavech 0 i 1, na rozdíl od klasických bitů, které mohou reprezentovat pouze 0 nebo 1. Díky této vlastnosti jsou qubity efektivnější než konvenční bity při provádění složitých výpočtů a řešení konkrétních problémů. V závislosti na použité technologii, jako je použití uvězněných iontů, supravodivých obvodů nebo jiných kvantových systémů, určuje fyzikální systém použitý k realizaci qubitu jeho velikost.
Ano, kvantové výpočty jsou něčím, co NASA v současné době zkoumá a využívá ve svých výzkumných a vývojových aktivitách. NASA si je vědoma možnosti využití kvantové výpočetní techniky k efektivnímu řešení složitých problémů, které nelze zvládnout běžnými počítači. Zajímá se zejména o oblasti, jako je optimalizace trajektorie kosmických lodí, kryptografie, modelování počasí a optimalizace. Aby agentura využila sílu kvantové výpočetní techniky a podpořila své vědecké cíle, spolupracuje s řadou partnerů, včetně podnikatelské a akademické sféry.
Ne, kvantové výpočty nemohou překonat rychlost světla. Na základě fyzikálních zákonů nelze informace posílat rychleji než rychlostí světla. I když jsou kvantové počítače v některých úlohách mnohem efektivnější než klasické počítače, jsou přesto omezeny fyzikálními pravidly a nemohou se pohybovat rychleji než světlo.