Kvantové počítače napredujú bleskovo. Čo hrozí krajinám, ktoré zmeškajú kvantový vlak?

Ako by ste čo najzrozumiteľnejšie vysvetlili pojem kvantový počítač?

Nuž vysvetliť kvantovú fyziku laikovi nie je jednoduché. Už len preto, že to nie sú schopní jednoducho vysvetliť ani ľudia, ktorí ju študujú celý život. Klasický počítač pracuje s jednotkami a nulami. Na základe tejto architektúry vznikli všetky počítače, ktoré sa postupne vyvíjali až do dnešnej podoby. Na tomto princípe stojí čokoľvek, čo dnes ľudia používajú, mobil, klasický stolný počítač, laptop. Kvantové počítače ale fungujú úplne inak, sú postavené na princípe kvantovej fyziky. Pri normálnych počítačoch pracujeme s bitmi, v prípade kvantových počítačov sú to qubity (kvantové bity, pozn. red.). Vďaka kvantovej fyzike nastávajú špeciálne javy, napríklad kvantové previazanie (entaglement), superpozície alebo interferencie.

V akých podobách existujú kvantové počítače?

Poznáme napríklad fotónové, ale tie najkomplexnejšie sú postavené na supravodičoch. Ich výhodou je to, že sa veľmi blízko približujú k zrkadleniu kvantovej fyziky. Sú schopné pozrieť sa na obrovský objem hodnôt. Pri 100-qubitovom kvantovom počítači ide o také množstvo vzťahov, ktoré predstavuje viac, než je počet všetkých častíc vo vesmíre. To znamená, že s tým dokážete riešiť extrémne zložité úlohy. Do budúcna sa nám otvárajú ohromné možnosti.

Čítajte viac Na prácu potrebujú väčší chlad ako vo vesmíre, na prelomenie šifry okamih. Kvantové počítače prídu o pár rokov

Ešte kým sa k nim dostaneme, dokážu kvantové počítače programovať klasickí programátori?

Nie, pokiaľ neprešli vzdelaním v oblasti kvantovej fyziky. Najväčšou prekážkou je človek sám osebe. Pretože máme veľmi málo odborníkov, ktorí by boli schopní myslieť inak než binárne, čo sme tu mali posledných 70 rokov. Nestačí len postaviť kvantové počítače. Preto naša spoločnosť okolo toho vybudovala celý ekosystém, v konzorciu s ďalšími firmami sme vyvinuli Qiskit, prostredie, ktoré dnes využíva 80 percent všetkých výrobcov kvantových počítačov a zároveň 80 percent všetkých univerzít sa v tomto prostredí učí pracovať s kvantovými počítačmi.

Zdieľajú sa tieto poznatky alebo sú zamknuté?

Existuje enormná snaha zdieľať vynájdené algoritmy a poskytovať ich ostatným. Aby sme posunuli celú túto oblasť dramaticky dopredu. U nás v IBM sú komerčné kvantové počítače prístupné od roku 2016, čo je relatívne krátka doba, pričom odvtedy nastal neuveriteľný progres. EÚ ťahá trochu za kratší koniec, začala sa venovať kvantovým technológiám síce už dávno, no oproti zvyšku sveta je v súčasnosti relatívne pozadu. V Česku mal prvý kvantový počítač fungovať už v roku 2022, no aktuálne sa jeho spustenie posúva na koniec roku 2025. Jeho veľkosť bude 20 qubitov. No ak sa niekto chce skutočne venovať kvantu, mal by pracovať minimálne so 100 qubitmi.

Aké sú nástrahy budovania kvantových počítačov?

Je to náročné. Celý svet sa momentálne najviac venuje tomu, ako odstrániť chybovosť kvantových čipov, aby sme mohli riešiť omnoho zložitejšie úlohy. V teórii by mal kvantový počítač pracovať v prostredí absolútnej nuly. Lenže aj tie najzložitejšie kvantové počítače postavené na supravodičoch sa dokážu dostať iba na hodnotu asi 16 milikelvinov, čo je extrémne nízka teplota, ale stále to nie je absolútna nula. Obvod dokážeme udržať stabilný iba nejakú dobu. Čím dlhšie sa snažíme robiť výpočet, tým viac narastá pravdepodobnosť, že nejaký qubit „prekmitne“ a zmení svoju hodnotu. Ide o chybu. A jednou z domén je korekcia týchto prekmitov, chýb.

Len nedávno podpísala česká Národná ekonomická rada vlády dokument, podľa ktorého sa „kvantum stáva strategickou oblasťou pre Českú republiku“. Čo to znamená? Ocitlo sa Česko týmto krokom na prahu ďalšej priemyselnej revolúcie?

Som nesmierne pyšný, že sa nám podarilo vysvetliť českej vláde, že ide o extrémne dôležitú oblasť. Museli sme edukovať ministrov naprieč celou vládou.

Počkajte, vy ste ministrov českej vlády vzdelávali v kvantových technológiách?

Áno! Snažili sme sa každému počas šiestich mesiacov vysvetliť, že nemôžu čakať. Že nemôžu patriť k oneskorencom. Uvádzali sme príklady z Európy, kto je najďalej. Sú to, samozrejme, Nemci, Španieli, Briti, ale napodiv aj Dáni, Švédi, ktorí sa dostali naozaj ďaleko. Vďaka tomu sa podarilo vedľa umelej inteligencie pridať aj kvantum ako ďalšiu dôležitú oblasť. Vláda sa zaviazala, že sa to bude posúvať ďalej. V Česku dokonca už existuje pozícia vládneho splnomocnenca pre kvantum (vznikla v roku 2023, pozn. red.), je ním Petr Kavalíř. Pracuje na úrade vlády a už vyše roka pripravuje kvantovú stratégiu, obchádza s ňou všetky ministerstvá, prešlo to desiatkami pripomienkových konaní, už je veľmi blízko k predloženiu.

Foto: IBM

Martin Svik, ibm, kvantove pocitace, kvantovy pocitac, kvantum Je napríklad potrebné vyvíjať lieky prispôsobené konkrétnej forme rakoviny, čo si vyžaduje prácu s obrovským množstvom dát. Kde opäť kvantové počítače majú podľa pána Švíka výhodu.

Čo všetko táto vládna stratégia obsahuje?

Nejde v nej len o kvantové počítače, ale aj o kvantové senzory, kvantovú sieť, kvantovú komunikáciu. Veľký dôraz sa však kladie na postkvantovú kryptografiu (označuje sa anglickou skratkou PQK). Ide o vývoj bezpečnostných systémov, ktoré budú odolné proti útokom kvantových počítačov. Predstavuje to nevyhnutnú reakciu na extrémny rozvoj kvantových počítačov, čo so sebou prináša obrovské riziká, môže dôjsť k narušeniu bezpečnosti.

Bude pre kvantové počítače ľahké prelomiť bezpečnostné šifry v elektrárňach, nemocniciach, na súdoch a vôbec kdekoľvek v štátnej infraštruktúre?

Jednou z úloh, na ktoré sa kvantové počítače hodia, je schopnosť rýchlo vyhľadať unikátne čísla. Dokážu nájsť prvočísla omnoho rýchlejšie ako klasické počítače. Súčasná kryptografia je v drvivej väčšine prípadov postavená na násobení dvoch veľkých prvočísel. Tento algoritmus RSA bol vynájdený v roku 1977 a používa sa dodnes, aby sa ním zabezpečila komunikácia alebo nejaký obsah. Ale to v ére kvantových počítačov prestáva fungovať.

Čo to znamená?

Sme na prahu revolúcie. Kvantum neprinesie len obrovské benefity, ale aj hrozby. Budeme musieť zmeniť zabezpečenie čohokoľvek, čo je okolo nás.

Foto: IBM/CONNIE ZHOU

IBM Quantum Lab, kvantove pocitace, kvantovy pocitac, kvantum Čip kvantového počítača treba zmraziť na absolútnu nulu, čo je väčší chlad, než aký panuje vo vesmíre.

Ako s kvantovými počítačmi súvisí izraelský nástroj Pegasus? V septembri tohto roka priniesol Denník N informáciu, že Slovenská informačná služba a možno aj ďalšie bezpečnostné zložky štátu získali nové systémy, s ktorými sa môžu nabúrať do akékoľvek telefónu. Spomínal sa práve Pegasus.

Neviem, na čom je postavený softvér Pegasus. Drvivá väčšina prístupov na prelomenie šifier stojí na takzvanej brute force (brutálnej sile), jednoducho na obrovskom výpočtovom výkone. Neviem, či Izrael má takto výkonné počítače. Ale v októbri prešli médiami znepokojivé informácie z Číny. Istá výskumná skupina oznámila, že je schopná pomocou kvantových počítačov prelomiť armádne bezpečnostné šifry postavené na násobení prvočísel. Bol okolo toho veľký „humbug“.

Dá sa to vôbec nejako regulovať?

Nevieme, na akom stupni vývoja sú mnohé štáty. No napríklad IBM, ktorá má centrálu v USA, musí dodržiavať obmedzenia. Je vydané rozhodnutie, že do 35 štátov sveta sa nesmú tieto technológie dodávať.

Nakoľko sú akútne riziká spojené s kvantovými počítačmi?

Český Národný ústav pre kybernetickú bezpečnosť vydal aktuálny dokument, v ktorom sa hovorí, že v roku 2027, čiže už o dva roky, by mala byť zabezpečená kritická infraštruktúra Českej republiky, čo je však nereálne. Aby ste lepšie porozumeli, čo v oblasti bezpečnosti dokážu kvantové počítače, uvediem jeden príklad. Na prelomenie jednej z najnovších bezpečnostných šifier by klasické počítače potrebovali milióny rokov. Čítal som nedávno štúdiu, ktorá hovorí o tom, že na kvantovom počítači ju bude teoreticky možné prelomiť za 20 hodín.

Foto: IBM

Martin Švík kvantove pocitace kvantum IBM Kvantum neprinesie len obrovské benefity, ale aj hrozby. Budeme musieť zmeniť zabezpečenie čohokoľvek, čo je okolo nás, hovorí Švík.

Spomenuli ste, že Česko spustí svoj prvý vlastný kvantový počítač v roku 2025. No je to už takmer presne rok, čo Česko reálne využíva kvantové počítače. V novembri 2023 si prístup kúpilo České vysoké učení technické v Prahe. Ako to funguje?

Je to tak, na konci roka 2023 si ČVUT objednalo prístup na kvantové počítače od IBM. Sú dva spôsoby. Pre malé štáty sa oplatí kúpiť si takýto prístup. Kvantové počítače sú fyzicky rozmiestnené všade po svete, ale pripojené sú do cloudu a možno na nich robiť výpočty pomocou siete. Sú však štáty, ktoré investovali obrovské množstvo prostriedkov do postavenia fyzických počítačov. V Európe to tak spravilo Nemecko, ale kvantové počítače aktuálne stavia aj Španielsko. Na jeseň 2024 bolo v Nemecku otvorené prvé kvantové dátové centrum, bol prítomný aj nemecký kancelár Olaf Scholz. Urobili tak aj kvôli GDPR obmedzeniam, aby citlivé informácie neopúšťali Európsku úniu. My sme mali väčšinu strojov v Amerike, čo ich využitie v Európe obmedzovalo. Ale aktuálne máme fyzické počítače v Bavorsku, kúsok za hranicami s Českom. Aj Slovensko by mohlo ťažiť z tejto relatívne malej vzdialenosti.

Lenže Slovensko ešte kvantové počítače nevyužíva, alebo sa mýlim?

Snažíme sa túto oblasť rozvíjať pomocou kvantových ambasádorov, na Slovensku je ňou Zora Hollá, ktorá sa snaží spolupracovať s univerzitami a niektorými firmami. Zatiaľ žiadna spoločnosť nevyužíva prístup ku kvantovým počítačom. Výnimkou je Erste Group, čiže Slovenská sporiteľňa, ktorá má v rámci špeciálneho programu prístup ku kvantovým počítačom. V rámci banky si vytvorili tímy, ktoré sa snažia kvantové počítače využívať, snažia sa pozerať na rôzne problémy, či by sa pri nich nedala uplatniť kvantová výhoda.

Foto: IBM

Martin Svik, kvantove pocitace, kvantovy pocitac, ibm Existuje štúdia, ktorá upozorňuje, že do roku 2030 bude asi 85 percent všetkého obsahu na internete vygenerovaného umelou inteligenciou, upozorňuje Švík.

V akých oblastiach môžu kvantové počítače pomôcť?

Určite v jednej za najťažších výpočtových úloh, a to je problém obchodného cestujúceho (zjednodušene ide o to, nájsť čo najoptimálnejšiu a zároveň najkratšiu trasu pre kuriéra, aj keď sa to nezdá, ide o jeden z rébusov, ktorý dokáže výrazne zaťažiť súčasné počítače, pozn. red.). Veľký výskum prebieha v oblasti simulácie chemických veličín, čo je úplne skvelé. Viete, keď robíte akékoľvek výpočty na klasických počítačoch, ide vlastne o snahu previesť reálny svet do núl a jednotiek. Takto sa však pripravujeme o presnosť, veľa vecí iba odhadujeme. Svet okolo nás nie je binárny, je spojitý. Ďalšou aplikáciou je objavovanie nových liečiv. Bola snaha vyvíjať mRNA vakcíny aj počas covidu. Ďalšie výskumy sa zaujímajú o analýzu zlúčenín pre batérie do automobilového priemyslu. Ak sa chceme dostať k dojazdu 1 000 kilometrov na jedno nabitie, je potrebné vynájsť nové zlúčeniny. Potom ide o personalizovanú medicínu.

Čiže lieky šité na mieru?

Je napríklad potrebné vyvíjať lieky prispôsobené konkrétnej forme rakoviny, čo si vyžaduje prácu s obrovským množstvom dát. Kde opäť kvantové počítače majú výhodu. Aj preto sa umelá inteligencia a strojové učenie výrazne približujú ku kvantovým počítačom.

Jednou z vážnych otázok v súvislosti s vývojom počítačov alebo dátových centier sa stáva spotreba energie, jej zdroje, dosah na klímu. Ako to vyzerá v prípade kvantových počítačov? Asi potrebujú energie naozaj veľa, aby sme ich dokázali ochladiť na takmer totálnu nulu, čo je oveľa väčší chlad, než aký panuje vo vesmíre.

Kvantové počítače majú tú výhodu, že treba zmraziť iba čip. Chladiče fungujú na kaskádovom princípe, kde vo výsledku zmrazíte blízko absolútnej nule iba malú časť kvantového počítača. To znamená, že jeden kvantový počítač môže mať nakoniec spotrebu ako štyri väčšie klasické servery, čo je neporovnateľne menej vzhľadom na to, aký výkon nám kvantový počítač ponúkne. Ak by ste chceli dosiahnuť výkon približujúci sa 100-qubitovému počítaču, potrebovali by ste podľa môjho rýchleho odhadu 50– až 100-tisíc výkonných grafických kariet, pričom každá jedna má vysokú spotrebu energie.

Čítajte aj Ľudstvo potrebuje viac matematikov, ako je hviezd v Galaxii

Takže môžu kvantové počítače priniesť úsporu energie?

Určite áno, ale musíme sa dostať na úroveň desiatok alebo stoviek tisíc qubitov. Vývoj však ide extrémne rýchlo dopredu.

Sú to práve kvantové počítače, ktoré umožnili od roku 2010 využívať hlboké neurónové siete, čo je stále najvyužívanejšia forma umelej inteligencie. Len pred pár mesiacmi získal Nobelovu cenu za fyziku Geoffrey Hinton, priekopník umelej inteligencie. 76-ročný vedec, ktorý je však dnes predstaviteľom doomerizmu – myšlienky, že existuje veľmi reálne riziko, že AI blízkej budúcnosti nielenže nepomôže pri riešení klimatickej krízy ale, naopak, ešte urýchli katastrofické udalosti a ľudstvo vyhynie. Ako sa na to pozeráte?

Myslím si, že kľúčovú úlohu musí zohrať akademická sféra. My nemôžeme spomaliť vývoj a inovácie, nemôžeme ich zastaviť a potom sa zrazu vydať iným smerom. To je utópia. Vždy bude existovať štát, ktorý sa k takejto iniciatíve nepridá. Kľúčové je preto vzdelávanie. Aby nastupujúca generácia presne vedela, aké môžu byť hrozby a aké môžu byť úžitky. Existuje štúdia, ktorá upozorňuje, že do roku 2030 bude asi 85 percent všetkého obsahu na internete vygenerovaného umelou inteligenciou. Takže ľudia budú mať obrovský problém zistiť, čo je realita a čo nie.

Čo sa s tým dá robiť?

Dovolím si odvolať sa na českého profesora Michala Pěchoučka, ktorý je v tejto oblasti uznávanou celosvetovou kapacitou. On radí nastupujúcej generácii, a teda deťom, aby čítali veľa fyzických kníh. Aby rozvíjali kritické myslenie a aby slepo nedôverovali technológiám. Dnes stačí desať sekúnd zvukového záznamu akejkoľvek osoby a už ste schopný vytvoriť deepfake – niekto vám zavolá tým istým hlasom. Stačí krátky videozáznam osoby, aby ste vygenerovali podvrh, kde bude táto osoba presvedčivo gestikulovať a rozprávať to, čo naprogramujete. Ešte sme v štádiu, keď ľudia, ktorí tomu rozumejú, dokážu odlíšiť umelo vytvorený obsah. Ale obrovské percento populácie ani netuší, že niečo také vôbec existuje.

Je preto nevyhnutná regulácia?

Priznám sa, že nie som veľkým zástancom regulácií, ale to, ako je napísaný napríklad EU AI Act (regulácia EÚ týkajúca sa umelej inteligencie), má svoje opodstatnenie. Je dôležité dosiahnuť to, aby sa AI správala v náš prospech, a nie v náš neprospech. Súvisí to aj s boomom veľkých jazykových modelov, keď prišla OpenAI a priblížila sa k humanoidnému správaniu. Vysvetliť, ako to funguje, dokáže len malé percento ľudí. Mnohí ľudia vôbec nevedia, ako a prečo sa práve takto tento systém správa. Neurónové siete sú obrovské, majú nesmierne množstvo funkcií. Takmer nikto nie je schopný do detailu popísať, ako to funguje. A toto považujem za extrémne nebezpečný fenomén. Preto si myslím, že regulácie pre komerčné použitie sú namieste.