Prečo potrebujeme kvantové počítače a aké výhody môžu priniesť

Kvantové počítače fungujú na odlišnom princípe ako klasické stroje. Kým klasické počítače spracúvajú dáta v podobe bitov s hodnotami 0 alebo 1, kvantové počítače využívajú qubity, elementárne jednotky kvantovej informácie. Tieto qubity, vďaka princípom kvantovej mechaniky, ako sú superpozícia a previazanie, môžu byť v oboch stavoch súčasne a ovplyvňovať sa vzájomne bez ohľadu na vzdialenosť. Možno si ich predstaviť ako mincu, ktorá sa točí vo vzduchu - nie je otočená ani hlavou, ani znakom, ale oboma súčasne. Výsledkom je schopnosť kvantových počítačov vykonávať obrovské množstvo výpočtov paralelne a exponenciálne rýchlejšie v porovnaní s klasickými počítačmi, čím výrazne zvyšujú výpočtový výkon.

Jednou z hlavných výhod kvantových počítačov je schopnosť riešiť problémy, ktoré sú pre klasické počítače prakticky nevyriešiteľné, ako záhady spojené s vesmírnym výskumom. Patrí sem napríklad aj simulácia komplexných molekulárnych systémov, ktorá môže viesť k vývoju nových liekov šitých na mieru pacienta či inovatívnych materiálov. Ďalšou oblasťou, kde sa očakáva zásadný pokrok, je optimalizácia. Kvantové počítače by mohli nájsť optimálne riešenia v logistike, výrobe či finančnom modelovaní. Vyriešenie dopravy v mestách tak, aby sa minimalizovali zápchy a znečistenie, by pre tento typ strojov malo byť relatívne jednoduchou úlohou.

Kryptografia je ďalšou oblasťou, ktorú kvantové počítače môžu výrazne ovplyvniť. Vďaka schopnosti rýchlo rozkladať veľké čísla na prvočísla by mohli úplne zmeniť či vyradiť dnešné šifrovacie metódy, ktoré sa spoliehajú na výpočtovú náročnosť faktorizácie. Kvantová kryptografia má potenciál vytvoriť nové, oveľa bezpečnejšie šifrovacie protokoly, ktoré by odolali aj útokom kvantových počítačov.

Napriek tomu, že potenciál tejto technológie je značný a hovorí sa o nej už dlhší čas, vývoj sa aktuálne nachádza v počiatočných fázach. Súčasné systémy sú veľmi citlivé na vonkajšie rušenie a vyžadujú špeciálne laboratórne podmienky na udržanie stability qubitov. Napriek tomu spoločnosti ako IBM, Google a Honeywell robia veľké pokroky, najmä v zvyšovaní počtu qubitov a stabilizácii kvantových systémov.

Na dosiahnutie úplného potenciálu kvantových počítačov bude potrebné prekonať ešte množstvo výziev. Jednou z nich je vývoj nových algoritmov, ktoré dokážu efektívne využiť kvantové vlastnosti na riešenie praktických problémov. Programovanie pre kvantové počítače je však úplne iná liga ako programovanie pre klasické počítače. Je to ako porovnávať hru piškvoriek s trojrozmerným šachom. Ďalšou výzvou je zlepšenie kontroly nad quibitmi a zníženie chybovosti výpočtov. Tá je aktuálne dosť vysoká a to je jeden z dôvodov, prečo sa kvantové počítače v roku 2024 nevyskytujú na každom rohu.

Zatiaľ ide o mohutné a drahé zariadenia dostupné len pre veľké výskumné inštitúcie a spoločnosti. Odborníci však predpovedajú, že v budúcnosti sa ich veľkosť a cena znížia, čo umožní ich širšie využitie. Je ešte priskoro hovoriť o kvantových počítačoch na stoloch bežných používateľov, no ich potenciál zmeniť svet je nepopierateľný.