Starlink, odolný vůči chybám, vyřeší výzvy reálného světa

Společnost předpovídá, že až bude Starling spuštěn, bude schopen provádět 20 000krát více operací než dnešní kvantové počítače – výpočetní stav tak rozsáhlý, že by k jeho znázornění potřeboval paměť více než kvindecilionu (10⁴⁸) nejvýkonnějších superpočítačů světa.

Krotitelé qubitů
Plán IBM dodat do roku 2029 kvantový systém odolný vůči chybám je ambiciózní, ale ne nepravděpodobný, s ohledem na rychlé tempo kvantového vývoje, minulé milníky i vzhledem k poměrně důslednému plnění nebo překračování svých cílů škálování qubitů s důrazem na modularitu a korekci chyb.
Qubit je základní jednotkou informace v kvantových výpočtech, která je schopna reprezentovat nulu, jedničku nebo obojí současně díky kvantové superpozici. V praxi kvantové počítače odolné vůči chybám používají shluky fyzických qubitů, které spolupracují a tvoří logický qubit – stabilnější jednotku určenou k ukládání kvantových informací a opravě chyb v reálném čase.
Luke Yang, akciový analytik chicagské společnosti Morningstar Research Services se domnívá, že plán IBM je realistický, i když přesný rozsah a výkonnost korekce chyb se mohou do roku 2029 ještě změnit a nelze zcela vyloučit ani to, že plán může i selhat, zejména s ohledem na nepředvídatelnost hardwarové složitosti.
Další experti v oboru poukazují, že IBM, která v průběhu pěti let investovala 30 mld. dolarů do kvantových výpočtů a prokázala konzistentní pokrok, představila časový harmonogram v rámci technické proveditelnosti, nicméně v praktickém, průmyslovém smyslu je odolnost vůči chybám velmi vysoká laťka.
Aby byl kvantový počítač odolný vůči chybám, je potřeba je opravovat, aby velké pracovní zátěže mohly být spuštěny bez chyb. V kvantovém počítači se chyby snižují shlukováním fyzických qubitů do qubitů logických, které mají nižší míru chyb než podkladové fyzické qubity. Oprava chyb je ovšem enormní výzva, vzhledem k tomu, že logické qubity vyžadují pro spolehlivé fungování tisíce fyzických, což znamená zvládnout obrovský problém se škálováním.
Také IBM ve svém oznámení zdůrazňuje, že vytváření rostoucího počtu logických qubitů schopných realizovat kvantové obvody s co nejmenším počtem fyzických qubitů je pro kvantové výpočty ve velkém měřítku klíčové. Až dosud však nebyl zveřejněn jasný plán, jak takovýto systém odolný vůči chybám vybudovat bez nerealistických inženýrských režijních nákladů.

Oprava chyb – alfa a omega kvantových výpočtů
IBM uvádí, že alternativní a předchozí kódy pro opravu chyb, které jsou zlatým standardem, představují zásadní inženýrské výzvy. Pro škálování by potřebovaly k vytvoření dostatečného počtu logických qubitů k provádění složitých operací neproveditelný počet fyzických qubitů – to by ovšem vyžadovalo nepraktické množství infrastruktury a řídicí elektroniky a činí implementaci mimo experimenty a zařízení v malém měřítku nepravděpodobnou.
IBM ve dvou výzkumných dokumentech zveřejněných spolu s plánem podrobně popisuje, jak hodlá výzvy spojené s budováním rozsáhlé architektury odolné vůči chybám, která je potřebná pro kvantový počítač, zvládnout. Jeden z dokumentů osvětluje použití kvantových kódů pro kontrolu parity s nízkou hustotou (qLDPC) ke snížení fyzické režie qubitů, a druhý popisuje metody pro dekódování chyb v reálném čase pomocí konvenčních výpočtů.

Podle IBM musí praktická kvantová architektura odolná vůči chybám:

- potlačovat dostatek chyb, aby užitečné algoritmy fungovaly úspěšně,
- připravovat a měřit logické qubity během výpočtu a aplikovat na ně univerzální instrukce,
- dekódovat měření z logických qubitů v reálném čase a řídit následné operace,
- modulárně škálovat napříč stovkami nebo tisíci logických qubitů,
- být dostatečně efektivní, aby spouštěla smysluplné algoritmy s využitím realistických energetických a infrastrukturních zdrojů.

Kromě technologických výzev, jimž čelí výrobci kvantových počítačů, se mohou vyskytnout i tržní výzvy, mezi něž patří i nalezení vhodných případů použití kvantových počítačů. 
„Pouze určité výpočetní úlohy, jako je náhodné vzorkování obvodů (RCS), mohou plně uvolnit výpočetní výkon kvantových počítačů a ukázat jejich výhodu oproti tradičním superpočítačům, které jsou k dispozici nyní. Úlohy, jako je RCS, však nejsou komerčně příliš užitečné a komerční relevance je jedním z klíčových faktorů, které určují velikost trhu s kvantovými počítači,“ konstatuje Luke Yang z Morningstar.

„Den Q“ se blíží rychleji, než se očekávalo
Organizace se musí připravit na „den Q“ – kdy bude kvantový počítač schopen prolomit veškeré šifrování, které používají k ochraně svých dat. A zmíněné oznámení IBM naznačilo, že okno pro akci na ochranu dat se může uzavírat rychleji, než mnozí očekávali.
Roger Grimes, obranný evangelista z floridské firmy KnowBe4, zaměřené na školení v oblasti bezpečnosti, poukázal na to, že IBM je jen poslední z řady kvantových společností, které v průběhu několika let oznamují rychlé výpočetní průlomy v této oblasti. 
„To vede k otázce, zda je původní datum přípravy PQC (postkvantové kryptografie) americké vlády, rok 2030, stále bezpečným datem – zdá se mnohem riskantnější pro jakoukoli společnost čekat s přípravou na kvantové útoky až do roku 2030. Většina amerických firem ale nedělá nic pro přípravu na útoky Q-Day, a nebude na něj v době, kdy se stane realitou, připravena,“ řekl Roger Grimes pro TechNewsWorld.

Kamil Pittner
Foto: IBM

Kvantový plán IBM 
Stanovuje klíčové technologické milníky, které prokáží a splní kritéria pro odolnost proti chybám. Každý nový procesor v plánu se zabývá specifickými výzvami pro konstrukci kvantových počítačů, které jsou modulární, škálovatelné a s opravou chyb.
IBM Quantum Loon (očekávaný v roce 2025) je navržen, aby testoval architektonické komponenty pro kód qLDPC, včetně „C-vazebních členů“, které propojují qubity na delší vzdálenosti v rámci stejného čipu.
IBM Quantum Kookaburra (plánován v roce 2026) – první modulární procesor určený pro ukládání a zpracování kódovaných informací bude kombinovat kvantovou paměť s logickými operacemi – základní stavební kámen pro škálování systémů odolných vůči chybám nad rámec jednoho čipu.
IBM Quantum Cockatoo (plánován v roce 2027) spojí dva moduly Kookaburra pomocí „L-vazebních členů“. Tato architektura propojí kvantové čipy jako uzly ve větším systému, bez nutnosti stavět neprakticky velké čipy.
Tyto kroky jsou navrženy tak, aby spolu vyvrcholily uvedením IBM Quantum Starling v roce 2029.

Publikováno: 7. 9. 2025 | Počet zobrazení: 281 47