Komentář: Kvantové počítače změní svět. A bankám třeba spočítají rizika

Komentář si také můžete poslechnout v audioverzi.

Technologický sektor se využitím kvantové mechaniky k řešení problémů, na které digitální počítače prostě nestačí, trápil tak dlouho, že mnoho lidí i firem má pocit, že jde o hudbu velmi vzdálené budoucnosti. Avšak bod zlomu už možná máme na dosah ruky.

Očekávám, že kvantová výpočetní technika by mohla již v roce 2025 nebo 2026 u některých firem dosáhnout na pozitivní návratnost investice.

Zatím nevíme, kde a v jakém odvětví, ale nástup a rozšíření kvantové technologie je podle nás blízko. Její nástup přitom výrazně ovlivní celou řadu odvětví, ať už jde o finance, farmaceutický průmysl, zemědělství, logistiku nebo sektory, které využívají chemické látky a pokročilé materiály. Samostatným tématem je potom kybernetická bezpečnost. Očekáváme, že do roku 2035 budou kvantové počítače schopné prolomit současné šifrovací standardy, na což se už nyní připravuje například vláda USA nebo některé velké firmy.

Než bude kvantová technologie připravena k širokému nasazení, je třeba ještě překonat velké technologické překážky. Dnešní nejpokročilejší stroje mají kolem 100 kvantových bitů neboli „qubitů“, což jsou základní jednotky informace srovnatelné s binárními digitálními bity v klasických počítačích. K řešení nejdůležitějších problémů budeme potřebovat počítače s desítkami tisíc qubitů nebo více. Ty musí pracovat ve vysoké kvalitě, velmi rychle a s vysokou konektivitou.

Počítačový průmysl však v těchto ohledech dosáhl v posledních několika letech doslova zázračného pokroku. Například společnost IBM si stanovila za cíl dostat se z několika qubitů na několik stovek, a plán kontinuálně plní. A nedávno dokonce své cíle ještě navýšila – v nadcházejícím desetiletí chce dosáhnout miliónů qubitů. Tým z Harvardu, MIT, Národního institutu pro standardy a technologie (NIST) a Marylandské univerzity nedávno oznámil, že překonal další velkou technickou překážku, a to nasazení kontrolovatelných „logických qubitů“, které mohou výrazně omezit chybovost.

Kvantové výpočty najdou uplatnění například v oblasti financí. Velké investiční banky mají ostatně už dnes své kvantové týmy a na experimenty v této oblasti vynakládají desítky milionů dolarů. Velká část odvětví totiž pracuje s pravděpodobností a lineární algebrou. Pokud dnes banka chce například posoudit riziko ve svém úvěrovém portfoliu nebo ocenit opci, zkoumá vzájemné působení více faktorů. Zanalyzovat všechny možné kombinace za použití klasického počítače je nemožné. Banky proto používají aproximační techniku známou jako metoda Monte Carlo.

Avšak pouhá analýza jednoho možného tržního scénáře, který ovlivní všechny opce v účetní rozvaze banky, obvykle zabere digitálnímu počítači celou noc, což může být problém, pokud se situace vyvíjí příliš rychle. Než budou výpočty u konce, na trzích může vypuknout panika. Jeden investiční bankéř nám například řekl, že si přál mít kvantový počítač během finanční krize v letech 2008–2009, aby pro účetní rozvahu banky mohl vytvořit velké množství různých scénářů. Místo toho podle jeho slov „neměli přehled vůbec o ničem“.

Kvantové počítače také pravděpodobně urychlí a zlepší objevování nových léků. Očekáváme například, že kolem roku 2030 budou farmaceutické společnosti využívat kvantové výpočty k řešení problémů, jako je navázání molekul se 100 nebo méně atomy na konkrétní cíle, které v těle způsobují onemocnění. To by výzkumníkům umožnilo lépe prozkoumat všech 1015 malých molekul, které lze vytvořit. Fáze jejich objevování by se tak mohla zkrátit o jeden až dva roky, což by vedlo k rychlejšímu objevení nových molekul, které by byly účinnější a zvýšily by návratnost investic do klinických studií.

Pomoci mohou také při vynálezu bezdusíkatých hnojiv, což by pomohlo snížit celosvětovou spotřebu zemního plynu, který se dnes k výrobě hnojiv využívá, až o tři procenta. Kvantové počítače mohou analyzovat nitrogenázu, tedy enzym, který přirozeně přeměňuje dusík ve vzduchu na látku, kterou mohou využívat rostliny. Tento proces by pak bylo možné zopakovat v průmyslovém měřítku. Podle generálního ředitele společnosti Google Sundara Pichaie by se to přitom mohlo podařit už do roku 2030.

Větší přínos budou mít kvantové počítače a algoritmy v momentě, kdy budou dostatečně výkonné na to, aby řešily problémy, nad kterými v současnosti nedokážeme ani přemýšlet. Mohou nám pomoci porozumět tomu, jak fungují molekuly na atomární úrovni, a syntetizovat celé proteiny, které obsahují desítky nebo dokonce stovky tisíc molekul. To by vedlo k obrovským průlomům v medicíně, ke vzniku nových materiálů a k objevům, které si nyní ani nedokážeme představit.

Okamžik, kdy kvantová výpočetní technika začne měnit svět, ve kterém žijeme, se blíží. A až se tak stane, rychlost těchto změn bude podobně překvapivá, jako je rychlost změn souvisejících se současným nástupem generativní umělé inteligence.