Jak se liší různé typy kvantových počítačů? Představujeme supravodivé technologie od Google a IBM, kvantové tečky zachycující ionizované atomy, optoelektroniku pracující s fotony i specifický přístup „kvantového kalení“ firmy D-Wave. Poznejte architektury, které formují budoucnost výpočetní technologie.
Nejběžnějším principem jsou v současnosti supravodivé kvantové počítače (superconducting quantum computers). Patří mezi ně kvantové čipy vyvíjené už více než deset let Google Quantum AI: Foxtail (2017), Bristlecone (2018), Sycamore (2019) a Willow (2024). Willow je supravodivý kvantový čip, u kterého se dosáhlo pětinásobného zlepšení v času dosažené koherence – 100 mikrosekund.
Právě Google ukazuje, že kvantové čipy „už jsou reálná věc“, přičemž jejich výroba probíhá v Santa Barbaře.
Vývojáři pro čip Willow navrhli architekturu nazvanou Willow Qubit Grid – má celkem 105 qubitů. V tomto případě se Google soustředil na „kvalitu“ qubitů – většina vývojářů kvantových technologií tvrdí, že je lepší mít méně vysoce kvalitních qubitů než velké množství těch méně kvalitních. Google uvádí, že jejich nová architektura dokáže zajistit, že s rostoucím počtem qubitů chybovost ve skutečnosti klesá, což označují za průlom ve schopnosti kontrolovat vznikající chyby (QEC, quantum error correction).
i
Na blogu Google najdete článek: „Meet Willow, our state-of-the-art quantum chip“.
Veteránem v oblasti vývoje kvantových počítačů je IBM Research, který je vyrábí od roku 2016. Až do roku 2019 své kvantové čipy označovali pouze kódy, novější modely mají již vlastní jména. Vzniklo již dvacet osm kvantových čipů, z nichž nejnovější je IBM Heron R2 (2023) se 156 qubity. Další systémy založené na supravodivosti vyvíjí například Intel, Rigetti, USTC nebo Quantware.
Jiným principem jsou kvantové počítače, které budují qubity ze zachycených ionizovaných atomů (trapped ion). Ty se též nazývají jako kvantové počítače s kvantovými tečkami (quantum dot quantum computers, silicon spin quantum computers) a ovládají se změnou napětí, mikrovlnami nebo magnetickými poli. Jimi se zabývají firmy Quantinuum, IonQ a Atom Computing.
Značně odlišná je kvantová optoelektronika (linear optical quantum computers), kde se využívají páry kvantově svázaných fotonů. Ty jsou vypuštěny do optického obvodu (integrated photonics chips), který svým zapojením provádí pevně nastavenou funkci a je ovládán řízenými zrcadly, interferometry a dalšími prvky schopnými pracovat se světlem. Vývojem kvantových optočipů se zabývá firma Xanadu.
Jejich čipy představují hybridní řešení – obsahují světlovody pro kvantově spárované fotony, které procházejí řadou optických hradel (interferometrů) ovládaných elektrickými signály, což umožňuje programově měnit jejich činnost. Na vstupu se světlo moduluje a provazuje kompresní jednotkou (squeezer), prochází sérií programovatelných interferometrů a na konci se měří výsledky pomocí detektorů (photon detector). Vše je přitom uzavřeno ve zdánlivě běžně vypadajícím pouzdru připomínajícím standardní čip, což dovoluje lepší integraci do stávajících výpočetních systémů.
Specifickými kvantovými počítači se zabývá kanadská firma D-Wave, která v roce 2011 vytvořila stroj D-Wave One určený hlavně pro optimalizační úlohy. D-Wave přistupuje ke konstrukci počítačů jinak – neaplikují kvantová hradla na qubity, ale pracují s procesem „kvantového kalení“ (quantum annealing).
Tady1 - https://www.dwavequantum.com/
V tomto případě se problém zakóduje do konfigurace qubitů, které se pak nechají projít do nejnižšího energetického stavu, který představuje výsledek optimalizace. Pojem „kvantového kalení“ (nebo „kvantového žíhání“) označuje proces, kdy se pokoušíme vyhnout tomu, že najdeme pouze lokální minimum optimalizované funkce – cílem je najít globální minimum, tedy „opravdový výsledek“ optimalizace.
Michal Rybka
Michal Rybka je publicista a nadšenec s 20 lety zkušeností v IT a gamingu. Je kurátorem AlzaMuzea a YouTube kanálu AlzaTech. Napsal několik fantasy a sci-fi povídek, které vyšly v knižní podobě, a pravidelně pokrývá páteční obsah na internetovém magazínu PCTuning.
