České QIC ukazuje, jak šetřit vzácné kvantové zdroje

Nastupující kvantové počítače jsou špičkovou výpočetní technologií s obrovským potenciálem, jejich provoz je ale zatím drahý – čas na nich je vzácný zdroj, se kterým je třeba šetřit. Jak na to, ukazuje ve svém nedávno publikovaném článku tým z našeho Kvantového inovačního centra. Členové QIC z Akademie věd a Masarykovy univerzity v Brně (M. Krejčí, L. Krejčí a M. Friák) se ve spolupráci s kolegy ze Slovenska (I. A. Mohammad a M. Plesch) zaměřili na občas přehlížený krok kvantového počítání: na měření, kterým celý výpočet končí. Kvantový počítač totiž výsledek prostě „nevypíše“ – dá se z něj získat jen měřením, a to navíc pokaždé jen jakoby z jednoho úhlu pohledu.

Podobně jako při 3D skenování předmětu: jeden sken zachytí jen tu stranu, kterou vidí kamera. Detailní 3D model vznikne teprve po desítkách záběrů ze všech stran, přičemž platí, čím větší předmět, tím více fotografií je potřeba. Počet těchto nastavení totiž obvykle roste přímo úměrně počtu qubitů – základních stavebních prvků kvantového obvodu – kterých mají dnešní stroje vyšší desítky až stovky.

Tým z českého QIC využil symetrií, tedy pravidelností, které se v úlohách o vlastnostech materiálů opakují, k tomu, aby počet nastavení měření zredukoval na pouhá tři (!), a to nezávisle na počtu qubitů v obvodu. Kvantový počítač tedy není třeba opakovaně spouštět tolikrát, jako je tomu u dřívějších měřicích protokolů. Nejdůležitější je, že tato „úspora“ vzácných kvantových zdrojů roste s rostoucím počtem qubitů – ať jich je sto, nebo tisíc, potřebná nastavení jsou stále jen tři. Vzhledem k tomu, že se výpočty na kvantových počítačích již brzy posunou od současných stovek qubitů k tisícům, je „úspora“ obrovská. Funkčnost nového měřicího protokolu tým ověřil na výpočtech několika 2D a 3D materiálů, a to jak pomocí simulátoru kvantového počítače, tak experimenty na kvantových počítačích firmy IBM, ke kterým má QIC přístup. Článek v časopise Quantum Science and Technology sice není volně dostupný, rukopis po recenzním řízení ale najdete na tomto odkazu. Nový protokol bude možné v budoucnu využít nejen při vývoji nových materiálů, ale i při výpočtech obecně.