Kvantový čip Majorana 1 od Microsoftu by znamenal na poli kvantových technologií průlom, pracuje totiž s dosud neovládnutou technologií. Jenže výsledky publikované Microsoftem nejsou vždy spolehlivé, varuje přední český expert na kvantovou komunikaci Michal Křelina.
Že na tom Microsoft dělá, se už nějakou dobu vědělo. Nyní technologický gigant oznámil, že úspěšně vyvinul kvantový čip založený na technologii topologických qubitů. Qubity jsou jednotkou kvantové informace. Zatímco bity, se kterými operují klasické počítače, mohou nabývat jen hodnot 1 nebo 0, qubity mají ještě jeden stav navíc. Výpočetní kapacita kvantových systémů je tak výrazně vyšší.
Majorana 1 pracuje s takzvanými topologickými qubity, které se zatím nikomu jinému ovládnout nepodařilo. Jejich hlavní výhodou je, že jsou – oproti jiným typům qubitů – mimořádně odolné vůči rušení a chybám.
„Já tomu říkám svatý grál kvantové technologie,“ říká v rozhovoru pro Forbes Michal Křelina, český odborník na kvantovou komunikaci, jehož česko-nizozemský startup QuDef mapuje kybernetické hrozby spojené s nástupem kvantové technologie.
Podle Křeliny čip Majorana 1 skýtá obrovský potenciál masivně urychlit vývoj na poli kvantových technologií. Především na poli kvantové komunikace a šifrování. „Mohlo by to skutečně vyvolat poměrně vážně vzrušení, protože zatím se předpokládalo, že kvantové počítače schopné bourat současné šifrování by se měly objevit mezi roky 2030 a 2050,“ říká odborník s tím, že Majorana 1 vrací do hry i termíny před rokem 2030.
O práci Microsoftu na kvantovém čipu se ví už dlouho, je to přesto překvapení?
S tím, co Microsoft prezentoval, bych řekl, že to ještě není úplně stoprocentní. Na čipu založeném na topologických qubitech pracují už poměrně dlouho, často s dalšími partnery. V roce 2018 tu byla větší aféra, kdy na stejném konceptu pracovali s technologickou univerzitou v Delftu v Nizozemsku, kde jsou obecně v kvantových technologiích daleko.
Tehdy existenci těchto velmi složitých topologických stavů Microsoft se slávou oznámil. Jenže nakonec museli ten článek stáhnout, protože se v něm našly chyby a nikdo další nebyl jejich postup schopný zopakovat. Vypadalo to, že jsme k topologickým qubitům blízko, pak zase že ne. Teď to ale vypadá, že skutečně mají něco zajímavého v ruce.
Takže to ještě není „hotovka“, nějaké otazníky zůstávají?
Microsoft odkazuje na článek v odborném časopise Nature, který ale vyšel teprve před několika dny. A tento článek nepopisuje, že by skutečně byli schopni pracovat s topologickými qubity. Provádějí jen měření kolem nich, takzvané načítání. Navíc recenzent toho článku je bývalý zaměstnanec Microsoftu a podílel se i na zmíněném skandálu z roku 2018.
Tím ale nechci jejich oznámení vyvracet. Microsoft daný článek do Nature poslal už před rokem a je úplně běžné, že odborná recenze takový čas trvá. Do té doby nicméně topologický qubit neměli a v článku se to také netvrdí. Topologický qubit by měl mít hodně specifické vlastnosti a je na Microsoftu, aby to pomocí vědeckého článku ještě popsal a dokázal. K tomu snad dojde brzy, do té doby jde o PR prohlášení.
Pokud by Microsoft tuto podmínku splnil, šlo by o velký průlom na poli kvantových technologií?
Já tomu říkám svatý grál kvantové technologie. V teorii je totiž topologický qubit velmi odolný vůči rušení a chybám, byť to není stoprocentní. Vykazuje ale výrazně méně chyb než jiné postupy. V tomto směru to považuji za úžasné.
Momentálně by měl Microsoft mít připravený další článek, který ukazuje, jakým způsobem by měli postupovat dále. V tuto chvíli tvrdí, že mají jeden topologický qubit, což není ideální, protože abychom ukázali celé spektrum chování topologického qubitu, potřebujeme alespoň dva. Abychom viděli, že se mohou kvantově provázat. To jim zatím chybí.
Na druhou stranu také tvrdí, že škálování by mělo jít poměrně snadno a rychle. Nicméně to tvrdí každý výrobce kvantových procesorů.
Foto QuDef
Jak moc jim věříte?
Pracují na tom už dlouhé roky. Jedna zajímavost, o které se ale moc nemluví, je, že jen velmi nedávno dostali další peníze od americké agentury ministerstva obrany DARPA. To je poměrně dobrá známka kvality, mají velmi důkladné hodnocení. Má ji mimochodem třeba i společnost QC82, do které investoval český fond Tensor Ventures.
Znamenalo by to masivní zpřístupnění kvantové technologie?
Mohlo by. Ale i když Microsoft tvrdí, že škálování je snadné, odhadl bych, že bude trvat dalších minimálně pět let. I tak by ale šlo o obrovské zrychlení. Kvantové počítače dnes existují, fungují, ale není pro ně reálné užitečné využití z hlediska byznysu či bezpečnosti. Pořád jsou lepší klasické počítače. Zrovna čipy jako Majorana 1 nás ale mohou rychle posunout do situace, kdy to dostane ekonomický smysl.
Dá se říct, že se díky tomu kvantové technologie stanou několikrát levnějšími, a tím pádem byznysově zajímavější?
To se srovnává velice těžce. Už dnes umějí kvantové počítače spočítat věci, na které nemají ty běžné absolutně šanci. Z tohoto hlediska je to nevyčíslitelné. V současnosti například neumíme udělat kompletní chemickou simulaci celé molekuly. S kvantovým počítačem o třeba dvou stech qubitech je to najednou o něčem úplně jiném.
Blíží se technologicky někdo úrovni Microsoftu?
V rámci topologických qubitů určitě ne. Nokia Bell Labs na něčem takovém v USA pracují také, ale moc nepublikují. Pak máte celou řadu jiných typů qubitů, některé použil například Google v kvantovém čipu Willow, který oznámil na konci minulého roku.
Co by úspěšně ověřená Majorana 1 znamenala pro váš obor kvantové komunikace? Je to impuls pro firmy, aby své post-kvantové šifrování začaly řešit ještě intenzivněji?
Mohlo by to skutečně vyvolat poměrně vážně vzrušení, protože zatím se předpokládalo, že kvantové počítače schopné bourat současné šifrování by se měly objevit mezi roky 2030 a 2050. Dominantní názor počítá s deseti až patnácti lety.
Ale s takovým funkčním čipem? Na rozbíjení šifer bude nejspíše potřeba kolem pěti až šesti tisíc velmi dobrých qubitů. Takže je otázka, jak rychle půjde škálování. Pokud má ale Microsoft skutečně k dispozici topologický qubit, můžeme se bavit i o termínech před rokem 2030.
Na druhou stranu jsou topologické qubity jedny z nejsložitějších a není pravděpodobné, že by Microsoft na tomto poli někdo dohnal. To může dát velký náskok i americké vládě, což může mít důsledky v mezinárodních vztazích a bezpečnosti. Američanům by to dalo schopnost rozbít jakékoli šifrování.
Typicky je v oblasti kyberbezpečnosti aktivní bankovní segment, nezvoní tam už alarm?
Bankovní sektor je v přechodu na post-kvantové šifrování ten nejaktivnější. I v Česku se o tom mluví stále více, Národní úřad pro kybernetickou a informační bezpečnost vydal doporučení, byť bez závazných deadlinů. Ale třeba v USA už to mají všechny složky kritické infrastruktury nařízené splnit do roku 2030.
Proč se čip Microsoftu jmenuje Majorana 1?
Je pojmenovaný podle Majoranových fermionů, což jsou částice, které mají potřebné topologické vlastnosti. Jde o kvazičástice, takže za určitých, velmi specifických podmínek má speciální vlastnosti. Dva typy elementárních částic jsou bosony a fermiony, oba s velmi odlišným chováním. A Majoranův fermion, navzdory svému jménu, se nechová jako ani jeden z nich.
Mimochodem do Ostravy by letos měl zamířit první kvantový počítač v Česku…
Ano, měl by mít 24 qubitů. To je spíše vzdělávací stroj, aby se s tím výzkumníci naučili pracovat. Dají se na tom provádět jednoduché experimenty.
