Google na konci února oznámil překonání druhého z šesti milníků, které si sám stanovil na cestě ke skutečně funkčnímu kvantovému počítači. Byla to sláva. Pro odbornou veřejnost byl určen článek v prestižním časopise Nature, pro tu „obyčejnou“ tisková konference, na níž Hartmut Neven, technický ředitel Google Quantum AI, prohlásil, že již nyní „může s jistotou ručit za komerční hodnotu“ budoucích kvantových počítačů.

Zatímco na podzim 2019 vědecký tým Googlu ukázal, že jeho pokusný kvantový počítač je schopen při řešení některých typů úloh jasně překonat i ten nejvýkonnější klasický počítač, nyní se zaměřil na korekci chyb, které kvantové výpočty nevyhnutelně provázejí.

Chyby dělá každý počítač, ty klasické však mají mechanismy, jak je odstranit. Kvantový počítač je k nim mnohem náchylnější a náprava bývá velmi složitá. Podívejme se proč.

Jak to funguje

Zatímco bit, nejmenší částečka informace běžného počítače, má hodnotu buď „1“, nebo „0“, qubit (kvantový bit) může nabývat obou hodnot současně, což mimo jiné znamená, že se do něj „vejde“ dvojnásobně velká informace. Je to sice těžko představitelné, v kvantovém světě subatomárních částic to však platí.

Pozoruhodná je také další vlastnost qubitů: bývají spolu navzájem propojeny, a tak je možné působením na jeden qubit ovlivnit druhý (či jakýkoli další). To má zajímavý důsledek. Jeden qubit, jak už víme, nese dvojnásobnou informaci, což na první pohled není nic moc. Jenže v případě dvou spřažených qubitů je to čtyřikrát tolik (22), v případě tří osmkrát (23) a v případě 53 qubitů víc než devítibiliardkrát tolik (253).

Číslo 53 nebylo zvoleno náhodně. Právě tolik qubitů měl v roce 2019 pokusný kvantový počítač zvaný Sycamore. Na něm Google demonstroval „kvantovou dominanci“, tedy schopnost kvantových počítačů řešit – díky výše popsané vlastnosti pracovat paralelně s obrovským množstvím informací – jisté speciální úlohy jakoby najednou. Jednu takovou, pečlivě vybranou, mu vědecký tým předložil a Sycamore ji pak za tři minuty a dvacet sekund vypočítal, což Google doprovodil tvrzením, že nejrychlejšímu superpočítači světa by to trvalo deset tisíc let.

Na okraj dodejme, že v tomto se „soudruzi z Googlu“ poněkud sekli, protože společnost IBM (zřejmě nejvážnější „kvantový“ soupeř Googlu) vzápětí publikovala propočet, že superpočítač Sum­mit by to zvládl „jen“ za dva a půl dne.

Proč to chybuje

Zpět k chybám. Architektura kvantových počítačů je vyloženě přivolává a změnit hodnotu qubitu – a tím poškodit výpočet – dokáže třeba všudypřítomné kosmické záření. Chyby se navíc v prostředí propojených qubitů rychle šíří a náprava je skoro nemožná. K zjištění chyby je totiž logicky nutné přečíst hodnotu qubitu, jenže toto čtení zároveň qubit donutí, aby se náhodně zhroutil buď do hodnoty „0“, nebo „1“ a stal se z něj obyčejný „hloupý“ bit.

Teoretici proto navrhli vytvářet takzvané logické qubity složené vždy z několika fyzických qubitů (část fyzických qubitů lze poté použít ke zjištění hodnoty logického qubitu a opravit chybu), jenže v praxi to moc nefungovalo. Zmnožení počtu – z podstaty velmi omylných – fyzických qubitů totiž vygenerovalo více nových chyb, než jich řečený opravný mechanismus dokázal zachytit.

Googlu se však nyní podařilo toto „prokletí“ zlomit, sestavit skutečně funkční opravný mechanismus a experimentálně prokázat, že z čím více fyzických qubitů je logický qubit sestaven, tím lépe korekce chyb funguje. Posloužil k tomu pokus se dvěma různě velkými logickými qubity – jeden byl vytvořen ze 17 a druhý ze 49 fyzických qubitů, přičemž ten větší udělal při pokusu o pár procent méně chyb. Z praktického hlediska jde jen o nepatrný krok vpřed, experiment však prokázal, že teorie funguje a chybovost kvantových počítačů půjde dál snižovat.

Skvělý úspěch, skvělé PR

Není sporu o tom, že jde o skvělý vědecký počin. A není také sporu, že ho Google dokázal veřejnosti skvěle prodat, když ho prezentoval jako zásadní milník.

Má to však minimálně tři vady na kráse. Zaprvé Google není sám, kdo na korekci chyb pracuje, a jiné firmy – třeba Quantinuum či IonQ – dokázaly v minulosti přijít se zásadními objevy. Zadruhé je jasné, že „lovení“ chyb stojí na samém začátku, což ostatně připustil i sám Neven, když realisticky uznal, že se jejich četnost zatím „snížila jen o málo; a my potřebujeme, aby se snížila o hodně“. A zatřetí bude třeba ještě mnoha dalších milníků, než vznikne skutečně funkční a komerčně využitelný kvantový počítač.