S křemíkem v koncích aneb o šílené magii pokročilých technologií | Kapitola 4

Vždycky, když se dívám na moderní vědce, mám pocit, jako by otevírali koraktor temného kouzelníka – a lovili z něj tajemství, z nichž některá jsou zkázonosná a jiná nám otevírají možnosti srovnatelné s mocí bohů. Anebo alespoň potenciál dělat věci, které vypadají jako skutečná magie. 

Už „obyčejná litografie“, kterou jako hráči anebo uživatele počítačů považujeme za samozřejmost, je docela šílená a složitá věc. Není divu, že se centra výroby čipů shromažďují na místech, kde je dostupná energie, snadný přístup k vodě – a hlavně hodně kapitálu a lidí, kteří tomu rozumí. Pokaždé, když někdo klábosí o tom, jak je „jednoduché“ přenést špičkovou výrobu třeba sem, do Evropy – že prý „to je jenom otázka instalace technologií“, tak se mu prostě směju. Špičkovou ultrafialovou litografii (EUV, Extreme ultraviolet lithography) zvládá jenom pár firem – a i ty, které mají hodně zkušeností, jako je Intel, mají pravidelně problémy se svými výrobními procesy.

A to je ta jednodušší část. Brzy se špičkové laboratoře pustí do opravdu velkých kvantových počítačů, do těch „horkých“, těch, které počítají se vznikem šumu a dekoherencí, ale mohly by posunout teplotu vlastních procesorů až do „horké“ oblasti – což jsou 4 kelviny, ano, čtyři stupně nad absolutní nulou, což je na naše podmínky stále zatracená kosa, ale je to o skoro čtyři kelviny jednodušší chlazení, než je potřeba dnes. Řeší se temná kvantově statistická magie v podobě dodatečných „pozorujících qubitů“, jejichž jediným úkolem je měřit vnější zdroje šumu a odhadovat, jaký dopad budou mít na koherenci kvantových dat v počítajících qubitech. 

Už tohle mě nenaplňuje radostí, protože abych pochopil principy nových forem computingu, musím se vrátit k těm částem fyziky, které jsem neměl úplně rád – a doufal jsem, že zůstanu u staré dobré klasické anebo pravděpodobnostní logiky, která mi přijde podstatně srozumitelnější. Ale nepůjde to, kvantové a zvláště kvantově-optické systémy mění pravidla hry – a to značně. 

Tak například kvantově-optický systém využívá toho, že fotony mají jen malé vzájemné interakce – a tak dokážou využít jedno a to samé optické hradlo pro masivně paralelní výpočty prostě tak, že do toho pustí najednou více fotonů různých vlnových délek neboli barev. Klasické hradlo je v jednom okamžiku v jednom stavu, tohle dovoluje paralelní zpracování většího množství dat.

A to samozřejmě není všechno. Teoretičtí informatici se spikli s teoretickými fyziky a hledají další formy computingu, které zatím neexistují. Slyšeli jste někdy pojem termodynamický computing? Je to další forma, není to ani klasický a ani optický. V podstatě, pokud jsem pochopil teoretické články správně, jde o snahu využít struktury které jsou větší než ty kvantové, ale menší než klasická hradla – a využít termodynamických principů, které vedou každý uzavřený systém k maximalizaci entropie, čehož by se údajně dalo využít pro optimalizační problémy, ale také pro učení neuronových sítí, jejichž modely jsou založené na entropii.

Strukturu by to mělo mít podobnou jako kvantové počítače: Lidé by používali rozhraní založené na klasickém počítači, který by programoval… to něco, co by se pak chovalo podle termodynamických zákonů, samoorganizovalo by se to a představovalo by to svého druhu optimalizační anebo učící se akcelerátor. 

Dnes se pracuje na integraci klasického a kvantového computingu do jednoho čipu (jde o ony „horké“ kvantové počítače s provozní teplotou 4 kelviny), běžná je integrace klasického computingu a optopočítačů, zatím typicky pro vysokorychlostní datové přenosy, ale v principu nic nebrání tvorbě optočipů s extrémně rychlým zpracováním dat založeným na párech kvantově provázaných fotonů, které procházejí programovatelnými interferometry a dalšími hradly, o kterých jsem – ó můj dobrý Bože! – letos slyšel vážně poprvé.