Peter Vnuk 
Pojmy kvantový počítač alebo kvantové počítanie sú známe, ale málokto im rozumie. Rozprávali sme sa s profesorom Petrom Ballom z Ústavu jadrového a fyzikálneho inžinierstva STU v Bratislave, ktorý nám dal odpovede. Na konci článku nájdete bonus v podobe vysvetlenia pre desaťročného nadšenca.
Aká je podstata kvantovej teórie a quantum computingu – po slovensky kvantového počítania?
Zmena uvažovania a technologický pokrok devätnásteho storočia umožnili vykonať prelomové experimenty, ktoré v predchádzajúcich storočiach ani neboli mysliteľné. Výsledky týchto experimentov zmenili náš pohľad na okolitý svet. Meranie rýchlosti svetla viedlo k rozvoju teórie relativity a štúdium mechanizmu vyžarovania svetla z rozhorúčeného povrchu pevných telies, viedol ku kvantovej mechanike. Za realizáciou experimentov stáli technici a za vznikom nových teórií o našom svete stáli prírodovedci. Toto plodné spojenie umožnila zmena uvažovania v devätnástom storočí.
V dvadsiatom storočí boli teória relativity a kvantová mechanika dovedené do dokonalosti a znovu nastúpili inžinieri, ktorí uvádzajú výsledky teórie do praxe. Kvantová mechanika, postavená na pravdepodobnostnom pohľade na svet, umožnila rozvoj mikroelektroniky a následne nástup kvantových počítačov. Tieto sú postavené na kvantových princípoch nášho sveta a vďaka tomu ponúkajú obrovské možnosti do budúcnosti. Na ich realizáciu bude však potrebné vyriešiť technologické problémy, ktoré sa budú dať použiť aj v iných oblastiach. Je to podobné, ako projekt letu na Mesiac, ktorý priniesol mnohé vedľajšie výsledky a technologické riešenia.
V čom sa odlišuje kvantový počítač od klasického? Nepracuje s jednotkami a nulami?
Klasický počítač pracuje s dvojstavovou logikou (0 a 1), ktorá je vhodná na každodenné riešenia, napríklad stanovenie výplaty vypočítanej v excelovskej tabuľke. Keď potrebujeme zvýšiť výkon klasického počítača, pridáme ďalšie výpočtové jadrá (procesory), ktoré obsahujú veľký počet tranzistorov. Výkon takéhoto počítača narastá lineárne s počtom výpočtových jadier, to znamená, ak zdvojnásobím počet jadier, tak výkon sa zdvojnásobí.
Kvantový počítač, kde výpočtové jadrá nahradili qubity, ktoré pracujú na kvantovom, teda štatistickom princípe, mení svoj výkon exponenciálne vzhľadom na počet prepojených qubitov. To vyzerá nádejne, ale technologické riešenie zatiaľ prekonáva svoje detské roky. Môžeme povedať, že kvantové počítače sú dnes asi v takom stave, ako elektrónkové počítače v štyridsiatych rokoch dvadsiateho storočia. Ani vtedy ich tvorcovia nevedeli, ako sa táto technológia vyvinie.
Sú kvantové počítače vhodnejšie na niektoré výpočty alebo sú univerzálne?
Kvantové počítače budú čoskoro schopné riešiť určité typy problémov – najmä tie, ktoré zahŕňajú obrovské množstvo premenných a vstupných dát, ako napríklad simuláciu interakcií liekov, pohyby na burze alebo optimalizáciu logistiky dodávateľského reťazca – a to oveľa efektívnejšie, ako akýkoľvek klasický počítač.
Prečítaj si tiež: Slovensko je v rámci krajín V4 priekopníkom vo svete batériových úložísk
Všetko sú to úlohy založené na štatistických údajoch. Na druhej strane, úlohy ktoré vyžadujú jednoznačné riešenie, napríklad výpočet výšky výplaty, sa nebudú dať realizovať na kvantovom počítači. Tento druh úloh zostane doménou klasických počítačov.
Keďže silná stránka takýchto počítačov sú hromadné výpočty, posúvajú umelú inteligenciu na vyššiu úroveň?
Umelá inteligencia, ktorá prešla za posledné roky obrovský kus cesty, využíva na svoje učenie štatistické spracovanie vstupných údajov. Práca s veľkými súbormi dát s použitím štatistických metód je práve doména kvantových počítačov a teda možno bez preháňania povedať, že ďalší vývoj umelej inteligencie nebude možný bez kvantových počítačov.
Umelá inteligencia dokáže kombinovať, alebo preskupovať existujúce riešenia a tak príde s novými nápadmi, ktoré si žiadny človek nevie vôbec predstaviť. Je možné, že finálnu podobu kvantových počítačov nájde práve umelá inteligencia. Úplné prepojenie umelej inteligencie a kvantových počítačov bude technologickou revolúciou dvadsiatehoprvého storočia.
Vymeníme raz kvantové počítače za tie súčasné, alebo budú skôr spolupracovať a koexistovať?
Tu je ťažko robiť nejaké dlhodobé predpovede, ale dá sa predpokladať, že mnohé výpočty, ktoré majú jednoznačné riešenie, ostanú doménou klasických počítačov. Je možné, že vznikne nejaký druh hybridu medzi klasickým a kvantovým počítačom. To si možno predstaviť tak, že umelá inteligencia sídliaca v kvantovom počítači bude používať výkonný klasický počítač, ako istý druh sofistikovanej kalkulačky.
Platí pri quantum computingu niečo podobné ako Moorov zákon, alebo zariadenia neprechádzajú takýmto vývojom?
V roku 1965 Gordon E. Moore, spoluzakladateľ spoločnosti Intel, vyjadril pozorovanie, že počet tranzistorov na mikročipoch sa zdvojnásobuje približne každé dva roky a cena počítačov sa za toto obdobie zníži na polovicu. Toto pozorovanie sa dlhodobo potvrdzuje a stalo sa známym ako Moorov zákon, ktorý platí pre klasické technológie a klasické počítače. V prípade kvantových počítačov sme len na začiatku vývoja a tak je veľmi ťažké hovoriť o ekvivalente Moorovho zákona v tejto oblasti.
Možno ťa zaujme aj táto recenzia: Monitor AOC AGON AG324UX – 144 Hz pre profi hráčov
Ja osobne očakávam, že za prispenia umelej inteligencie a explozívneho rozvoja nových technológií založených na biologických princípoch, bude Moorov zákon prekonaný, čo sa týka nárastu výkonu aj poklesu ceny kvantových počítačov. Z toho vyplýva skôr obava, že nás umelá inteligencia v spojení s narastajúcim výkonom kvantových počítačov jednoducho „prevalcuje“. Zabrániť sa tomu dá len správnou výchovou mladej generácie, tak aby sme vyzdvihli ľudskú výnimočnosť, ktorá nám umožnila, ako druhu, prežiť stáročia.
Ako sme na tom na Slovensku s kvantovými počítačmi? Asi sú dosť drahé.
Kvantové počítače sú v súčasnosti stále drahým zariadením, ale to nie je hlavný problém slabého (skôr žiadneho) rozvoja tejto technológie na Slovensku. Myšlienka kvantových počítačov je založená na kvantovej mechanike, ktorá vznikla z „intelektuálneho kvasu“ devätnásteho storočia. Toto storočie sa ani tak nevyznačuje víťazstvom vedy, ale víťazstvom vedeckej metódy nad vedou a s tým spojenou zmenou uvažovania. Na Slovensku sa neustále držíme „starej školy“ a s tým spojeným memorovaním faktov na všetkých stupňoch vzdelávacieho procesu.
Na to, aby sme dokázali správne uchopiť technológiu kvantových počítačov a ich aplikácií, musíme v prvom rade zmeniť výchovný proces na školách. Je potrebné spojiť prírodné vedy s humanitnými vedami a podporovať to, čo je vlastné ľudskému druhu, teda fantáziu, invenciu a vieru vo vlastné sily. Namiesto memorovania faktov je potrebné hovoriť o tvorcoch myšlienok a použiť to ako motiváciu pre rozvoj osobností. Taktiež je potrebné investovať do rozvoja technologických zručností na všetkých druhoch škôl.
Podporuje vláda využitie takýchto počítačov na akademickej pôde? Chápu politici prínosy?
Je ťažké vidieť do hláv politikov, ale podľa môjho názoru, je rozvoj a použitie kvantových počítačov mimo záujmu väčšiny súčasných politikov nielen na Slovensku. Myslím si, že iniciatíva musí vychádzať z univerzitného prostredia, ktoré potrebuje hlboké zmeny. Určite žiadna vyučovacia metóda na svete nedokáže z priemerne nadaných študentov vytvoriť čarodejníkov, z náhodných pováh spojencov horlivosti a z pomaly reagujúcich temperamentov virtuózov úspechov.
Prečítaj si tiež: Singularita sa blíži. Bude to zánik či vzostup ľudstva?
Je však svätou povinnosťou univerzity s láskou sa postarať o všetkých, aj o tých, ktorí sú oprávnene prijatí ako menej nadaní. Ponúknuť všetkým študentom možnosť rozvíjať zárodky ich duše zvýšením počtu učiteľov a tiež viesť osobným príkladom ťažšie povahy k disciplinovanému mysleniu. Keď sa toto podarí, som si istý, že vláda a politici podporia potrebné zmeny.
BONUSová otázka: Ako by ste objasnili fungovanie kvantového počítača pre desaťročného nadšenca?
Predstavme si počítač, ako hotel s veľkým počtom rovnakých izieb umiestnených na dlhej chodbe. Niekde tam sa stratil vzácny klenot, prsteň, ktorý nervózny majiteľ požaduje nájsť. Vedenie hotela pošle do chodby zamestnanca, ktorý má presné inštrukcie, aby vošiel do každej izby a pozrel sa postupne do skrine a zásuviek.
Ak ťa zaujíma AI: Aj umelá inteligencia môže byť rasistická a sexistická
Zamestnanec postupuje od prvej izby. Keď prsteň nájde, svoju činnosť ukončí. Tak postupuje sekvenčný počítač. Čas hľadania je možné urýchliť, keď pred každú izbu postavíme jedného zamestnanca hotela. Každý zamestnanec na daný povel, prehľadá pridelenú izbu. Tak postupuje paralelný počítač. Prsteň nájdu, len ak sa nachádza v niektorej skrini, alebo zásuvkách. Keďže prsteň nedokážu nájsť, musia vymyslieť niečo úplne nové. Majiteľ prsteňa prezradí tajomstvo, ktoré hovorí, že prsteň vyžaruje zvláštne žiarenie, ktoré by ho mohlo lokalizovať, aj keď len približne.
Tak zo strechy zosnímajú celkové žiarenie, čo trvá nejaký čas, ale výsledok je, že na základe merania dokážu povedať, že prsteň sa nachádza niekde v okolí umývadla v trinástej izbe. Tak postupuje kvantový počítač, ktorý dokáže nájsť nové riešenie, mimo zadania, ale len približne. Presné riešenie je potom úlohou klasických počítačov, v prípade hľadania prsteňa, úlohou inštalatéra, ktorý ho nájde vo výlevke vodovodu.
Staň sa súčasťou aktívnej komunity TechGuru SK/CZ na Facebooku a na Instagrame.
Nájdeš nás aj na YouTube
Tweet
O autorovi
- Je celoživotným fanúšikom technológií a pracuje pre niekoľko popredných slovenských médií z tejto oblasti. Okrem produktových recenzií, spravodajstva zo sveta vedy a techniky, sa venuje tiež tematickým článkom na hi-tech témy, ako je umelá inteligencia, robotika, virtuálna realita a pod. Je mu blízka tiež herná sféra, preto recenzuje aj herné príslušenstvo a hry.
Najnovšie články autora
InfoGuru3. decembra 2024Toto deepfake video o zneužiteľnosti umelej inteligencie vám zlomí srdce. Ella prosí rodičov, aby ju ochránili- TechGuru30. novembra 2024Microsoft popiera trénovanie AI na dátach používateľov
- InfoGuru28. novembra 2024Deti generácie Alfa chcú holografické AI počítače
- TechGuru26. novembra 2024Qualcomm dýcha Intelu a AMD na krk. Chce čipy nielen v PC, ale aj v autách či headsetoch
