Novinky z IBM posouvají hranice kvantových počítačů Nové
Společnost IBM nedávno oznámila zásadní vylepšení své kvantové výpočetní platformy, které zahrnuje novou verzi procesoru Heron, přepracovaný software a optimalizaci technik pro zmírnění chyb. Tyto inovace posilují možnosti kvantových výpočtů a přibližují jejich uplatnění v reálných vědeckých a průmyslových projektech. Přesto IBM zdůrazňuje, že kvantové počítače zatím nedokážou konzistentně překonat nejlepší klasické počítače.
Jak IBM bojuje proti chybovosti při výpočtech?
Zdroj: IBM Newsroom
Vylepšený hardware a software
Kvantové počítání je metoda zpracování informací využívající kvantovou mechaniku, která umožňuje paralelní zpracování obrovského množství dat a nachází uplatnění v oblasti simulací složitých systémů, optimalizace, šifrování, strojového učení a výzkumu chemických či fyzikálních jevů. Základní stavební jednotkou kvantového počítání jsou takzvané qubity neboli kvantové bity, které mohou na rozdíl od klasických bitů existovat ve stavech 0 a 1 nebo jsou v takzvané superpozici, kde je nekonečno kombinací pravděpodobností obou stavů. To umožňuje paralelní zpracování a exponenciální růst výpočetní síly kvantových počítačů při řešení složitých problémů.
Jak informuje server Ars Technica, společnost IBM se v raných fázích vývoje kvantových počítačů zaměřila na rychlé navyšování počtu qubitů a jako jedna z prvních překročila hranici 1 000 qubitů. Tento přístup však odhalil problém s vysokou chybovostí, která prakticky znemožňovala provádět složité výpočty s velkým počtem qubitů. Současné úsilí společnosti se proto* namísto samotného počtu qubitů zaměřuje na **kvalitu a efektivitu*.
Společnost IBM nedávno uvedla na trh druhou verzi svého procesoru Heron se 156 qubity, což je zlepšení oproti 133 qubitům v první verzi. Tento nárůst je spojen zejména s vylepšením v eliminaci chyb souvisejících s tzv. TLS (dvouúrovňovými systémy). Hlavním pokrokem je snížení chyb, které může způsobit defekt v materiálu. Tyto defekty mohou rezonovat na frekvenci, která ruší fungování sousedních qubitů, a tím je vyřadit z kvantového stavu, který je pro výpočty nezbytný. „Pokud narazíte na takovýto defekt, což může být dipól nebo jen nějaká elektronová struktura zachycená na povrchu, věříme, že právě to omezuje koherenci našich zařízení,“ vysvětlil pro Ars Technica Jay Gambetta, viceprezident IBM pro kvantové technologie.
Problém je řešen jemným laděním frekvencí qubitů během kalibrace, což zajišťuje vyšší stabilitu a nižší chybovost. Tato vylepšení umožňují procesoru Heron provádět výpočty, které by na klasických počítačích nebylo možné simulovat.
Optimalizace softwaru a zmírnění chyb
Vedle vylepšení hardwaru společnost IBM přepracovala také software, který hraje klíčovou roli nejen při řízení operací na kvantových počítačích, ale i při řešení problémů spojených se šumem a chybovostí výpočtů.
Přepsání softwaru řídicí kvantové operace následně vedlo k dramatickému zrychlení výpočtů. Operace, které dříve trvaly 122 hodin, jsou nyní hotové během několika hodin. Tato úspora času má přitom významný dopad na náklady uživatelů i na spolehlivost, protože kratší výpočty snižují pravděpodobnost náhodných chyb.
Součástí tohoto úsilí je také vylepšení technik pro zmírnění chyb, což je klíčové zejména pro zajištění přesnosti při složitějších výpočtech. IBM využívá metody jako amplifikace a měření šumu na různých úrovních, aby odhadla funkci, která eliminuje vliv šumu na výsledek. „Vylepšili jsme algoritmy a metoda tensorové techniky nyní běží na grafickém procesoru (GPU),“ upřesnil Gambetta. Využití GPU přitom výrazně zrychluje tensorové výpočty, což je běžná praxe v simulacích kvantových systémů. V tomto případě jde tedy o nasazení klasického hardwaru, který podporuje simulace a umožňuje efektivnější využití kvantových technik. Spojením těchto softwarových vylepšení s výpočetními metodami, které zpracovávají větší kvantové obvody, se tak IBM podařilo posunout hranice možného.
Jaká je budoucnost kvantového počítání?
Vylepšení hardwaru i softwaru umožnilo IBM provádět například modelování jednoduchého kvantového systému zvaného Isingův model nebo simulaci elektronové struktury některých jednoduchých chemikálií, jako jsou sloučeniny železa a síry. Tato práce podle Gambetty ukazuje, že kvantové počítače se postupně stávají reálným vědeckým nástrojem.
Ačkoli se jedná o důležitý krok, odborník vzápětí ihned dodal, že stále ještě nejsme v bodě, kdy by kvantové počítače mohly jasně a konzistentně překonat klasický hardware. „Pokud by mělo kvantové počítání nahradit to klasické, muselo by překonat nejlepší možný klasický počítač, což vyžaduje iterativní vědecký proces. Ale tam zatím nejsme. Myslím, že by se to mohlo stát už během příštích několika let,“ uzavřel Gambetta.
Hledáš novou příležitost a kariérní cestu? Zlepši se v programování a získej skvělé peníze, flexibilní pracovní podmínky, home office a mnoho dalšího. Rekvalifikuj se v našem akreditovaném kurzu pro junior programátory WWW aplikací. Nauč se pracovat s moderními nástroji budoucnosti a vybírej si z nekonečného množství pracovních nabídek. Nikdy není pozdě začít:
Přečti si také:
