Kvantové technologie se staly novým svatým grálem technologických gigantů. Microsoft, Google i IBM investují miliardy do vývoje kvantových počítačů. Ty slibují, že určité úlohy spočítají během několika minut, zatímco klasickým strojům by to trvalo déle, než je stáří vesmíru. Stojíme skutečně na prahu nové éry, nebo jde jen o přehnaná očekávání? A co bude znamenat příchod těchto revolučních zařízení pro běžné uživatele i kybernetickou bezpečnost?
Jaký je princip kvantového počítače?
Klasické počítače operují s bity, které nabývají hodnot 0 nebo 1. Naproti tomu kvantové počítače využívají kvantové bity neboli qubity. Qubit může díky principu superpozice existovat současně ve stavu 0 i 1. Představte si to jako minci točící se ve vzduchu – není ani panna, ani orel, dokud nedopadne. Stejně tak qubity existují v tzv. superpozici. A co víc – qubity se navzájem ovlivňují a vytvářejí propojené stavy (kvantové provázání), i když jsou fyzicky oddělené. Tyto jevy dávají kvantovým počítačům teoretickou schopnost zpracovávat exponenciálně více informací než klasické stroje.
Tip: Abychom ale neskočili rovnou do sci-fi – většinu firem zatím zajímají praktičtější problémy než superpozice qubitů. Například to, jak mít v provozu servery, e-maily a helpdesk 24/7 bez výpadků či stresu. Pokud právě tohle řešíte, doporučujeme služby od společnosti Total service.
Koncem roku 2023 Google oznámil průlom se svým čipem Willow. Ten zvládl za pouhých 5 minut výpočet, který by nejvýkonnějšímu superpočítači na světě trval neuvěřitelných 10 kvadrilionů let. Podobně Microsoft nedávno představil svůj čip Majorana 1, který využívá v zásadě nové skupenství hmoty a má ambice přiblížit éru skutečně funkčních kvantových počítačů na dosah ruky.
Cesta ke kvantovému výpočetnímu výkonu
Kvantový počítač potřebuje extrémní podmínky pro své fungování. Například zmíněný čip Microsoftu vyžaduje teplotu nižší než ve vesmíru, tedy pod −270 °C. Jedině takové prostředí dokáže udržet nestabilní qubity v superpozici dostatečně dlouho, aby s nimi bylo možné provádět složité výpočty.
Další výzvou je chybovost. Qubity jsou mimořádně citlivé na jakékoli vnější rušení, které vede k chybám ve výpočtech.
Vliv na šifrování a kybernetickou bezpečnost
Jedním z nejdiskutovanějších dopadů kvantových počítačů je jejich potenciál prolomit současné šifrovací metody. Algoritmy jako RSA nebo ECC, které jsou základem mnoha bezpečnostních systémů, spoléhají na obtížnou faktorizaci velkých čísel nebo řešení diskrétního logaritmu. Kvantové algoritmy, jako je Shorův algoritmus, však umí tyto úlohy řešit mnohem efektivněji, takže by hrozilo prolomení současných šifer.
Proto se začala rozvíjet tzv. postkvantová kryptografie, která se snaží vytvořit šifrovací metody odolné vůči útokům kvantových počítačů. Jednou z účinných cest by mohla být například kryptografie založená na mřížkách.
Praktické využití a současný vývoj
Přestože kvantové počítače slibují revoluci v mnoha oblastech, jejich praktické využití je zatím omezené. To se ale může brzy změnit. Jaké oblasti by pak nejvíce ovlivnily?
- V medicíně by kvantové počítače mohly simulovat složité biochemické procesy a urychlit vývoj nových léčiv či léčebných procesů přímo na míru danému jedinci.
- Ve finančnictví by optimalizovaly investiční portfolia a lépe předvídaly tržní rizika.
- Významný posun by čekal i materiálové inženýrství – vývoj nových supravodičů nebo baterií by mohl přinést revoluci v energetice.
- V oblasti umělé inteligence by urychlily strojové učení a vytvořily sofistikovanější algoritmy.
Přesto je třeba zdůraznit, že ne nepůjde o plnohodnotnou náhradu klasického počítače – na psaní e-mailů, hraní her či editaci fotografií budou i nadále vhodnější tradiční stroje.
Nyní se nacházíme v tzv. éře NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) – přechodovém období chybových zařízení. Přesto vývoj postupuje rychleji, než se čekalo – vědci věří, že funkční kvantové počítače jsou otázkou několika let. Bill Gates, spoluzakladatel společnosti Microsoft, v nedávném rozhovoru řekl, že praktické kvantové počítače by mohly být dostupné již za 3 až 5 let (více zde).
Zdroj foto: Сергей Опиканец / stock.adobe.com