Článek
Článek si také můžete poslechnout v audioverzi.
Rozhovorů na téma kvantových počítačů jsem vedl už pět. První čtyři jsem ale nemohl vydat. Už během třetí minuty jsme se obvykle dostali do neproniknutelné změti interferencí, superpozic a teleportací. Čím větší odborník proti mně seděl, tím hůř stravitelný ten kvantový guláš byl pro nás, kteří v kvantové říši nepřebýváme.
Ale Prineha Narangová přišla připravená. Je totiž nejenom odbornice na aplikovanou materiálovou fyziku, vedoucí interdisciplinární laboratoře a spoluobjevitelkou nové teorie pro popis kvantové interakce mezi světlem a hmotou. Je také zdatnou přednášející, popularizátorkou a podnikatelkou, která umí propojovat různé obory a pragmaticky ukazovat, k čemu vlastně „ta kvanta“ mohou být.
I proto zřejmě přijala roli „vědecké velvyslankyně americké vlády“ se specializací na kvantové záležitosti . Do Česka si přijela prohlédnout, jak vypadá kvantový výzkum na českých univerzitách. Náš rozhovor vznikl na konci tohoto napěchovaného kolečka, přesto doktorka Narangová přetékala neúnavným optimismem.
Jak vysvětlujete svůj obor laikům, tedy nám, kteří znají kvantovou říši spíše ze sci-fi filmů?
Kvantové technologie, což zahrnuje například kvantové počítače, kvantové sítě nebo kvantové měření, je nejlepší vysvětlovat ne skrze jejich fungování, ale dle jejich dopadu. Lidé jsou přirozeně orientovaní na výsledky. Je to podobné jako s umělou inteligencí, když jsou teď vidět zajímavé výsledky, nadšení lidí stoupá.
Proto se zaměřuji hlavně na potenciální dopady. Pomocí kvantových počítačů budeme moci objevit úplně nové materiály, nové molekuly. Lépe pochopíme náš vesmír, budeme moci lépe analyzovat naše prostředí. Můžeme pochopit základy fungování vesmíru.
Jaká jsou častá nedorozumění, se kterými se ohledně kvantových počítačů setkáváte?
Kvantové počítače umožňují pracovat s takzvanou „superpozicí“. To je něco, co se v podstatě nedá srozumitelně vysvětlit. Ale můžeme se opět zaměřit na výsledek. Když pracujeme s kvantovým počítačem, tak v podstatě provádíme měření kvantových vlastností nějakého reálného fyzikálního systému. To, jak je změříme a co vlastně naměříme, to je samozřejmě nyní dost komplikované.
S klasickými počítači tohle dávno neřešíme. Programátoři už nemusejí přemýšlet, jak jsou jejich příkazy prováděny na úrovni tranzistorů uvnitř čipu. Zvykli jsme si na značnou úroveň abstrakce.
Co je kvantový počítač?
Klasické počítače využívají binární operace. Zjednodušeně řečeno pracují s přepínači (bity), které mohou mít hodnotu buď nula, nebo jedna. Kvantové počítače překračují logiku klasických počítačů. Pracují s tzv. kvantovými bity (qubity). Využívají kvantové jevy, jako je superpozice, provázání nebo interference.
Kvantové počítače současnosti vyžadují ke svému provozu přísně kontrolované prostředí. Na fotografii vědkyně IBM ve výzkumném centru v německém Ehningenu.
„Možná jste slyšeli, že qubit může být zároveň nula i jedna. To není úplně přesné,“ vysvětluje magazín Wired. „Qubit má určitou pravděpodobnost, že skončí jako jedna, a pravděpodobnost, že skončí jako nula. Asi jako mince, kterou hodíte do vzduchu, má jistou šanci, že po dopadu ukáže orla, nebo pannu.“
A už vůbec nemusíme řešit, co se stane, když bude klasický počítač vystaven závanu vzduchu. O tom si zatím u kvantových počítačů můžeme nechat leda zdát. Nemáme ekvivalent „kvantového iPadu“, který bychom mohli používat doma.
Znamená to, že pro práci s kvantovými počítači je potřeba rozumět, co se uvnitř děje na fyzikální úrovni?
Momentálně v podstatě ano. Ale děláme, co se dá, abychom se z tohoto bodu posunuli a mohli to fungování zobecnit a zpřístupnit všem. Rozhodně je potřeba rozumět tomu, jaký problém řešíte, jak jej lze řešit a jak při tom řešení může pomoci kvantový počítač. Za deset let už to tak snad nebude.
Když už máme snadno použitelné a pokojové teplotě přizpůsobené digitální počítače, proč ještě potřebujeme ty kvantové? Co nám dají navíc?
Jsem ráda, že se ptáte. Současné superpočítače – včetně Karoliny, kterou jsem teď viděla v Ostravě – se věnují téměř výhradně materiálovým analýzám a predikování nových molekul. To jsou ze své podstaty věci, které souvisí s kvantovými funkcemi. Protože vše kolem nás je složené z vlnových funkcí. Kvantová mechanika se tak nyní musí nedokonale a hrubě simulovat klasickými počítači.
„Vědecká velvyslankyně“ doktorka Narangová děkuje české straně za pozvání. „V rámci své návštěvy postupně zavítala na výzkumná pracoviště a do inovačních center v Plzni, Praze, Brně, Olomouci i Ostravě,“ uvedla americká ambasáda v Praze. „Svůj nabitý program navíc doplnila o recepci v rezidenci velvyslance Sabeta.“
Tohle rozbíjení kvantového problému na klasické výpočty je ztrátové. Kdybychom takový problém mohli řešit rovnou na kvantovém počítači, šlo by to beze ztrát. Kvantové počítače slibují možnost pracovat s tím, jaký svět skutečně je. Řešit velké množství problémů zároveň. Lze očekávat, že kvantové počítače budou v tomto ohledu dávat nejenom rychlejší, ale také přesnější výsledky.
To znamená ohromné pokroky v materiálové vědě, energetice, nové léky. To všechno jsou totiž z podstaty věci kvantové problémy. Je to cesta, jak dělat věci nejen jinak, ale fundamentálně lépe. To je myslím důvod, proč budí kvantové počítače takové nadšení.
Potřebujeme každý obor
Během své kariéry jste prošla mnoha různými oblastmi a pouštíte se do dalších. Ve své laboratoři na UCLA prosazujete interdisciplinární přístup. Jak ale může kvantová informatika nalákat více lidí, když je tak těžko srozumitelná?
Odpovím oklikou. Když vyrábíme kvantový počítač, potřebujeme fyziky a inženýry. Potřebujeme odborníky, kteří pracují v laboratořích, v ultra čistých místnostech, dále je třeba expertů na mikrovlny, elektroniku, fotoniku. Tyto experty už v našem oboru máme, a potřebujeme další.
Dále potřebujeme informatiky, kteří pomohou se softwarovými problémy a pomohou vytvořit další úroveň abstrakce. Už dnes lze psát algoritmy pro kvantové počítače, ale chceme, aby to bylo ještě jednodušší, jako je dnes snadné používat online služby a API nástroje. Takže aplikovaná matematika, aplikovaná fyzika.
Doktorka Narangová na návštěvě Nového technologického centra Západočeské univerzity v Plzni.
Ale pak potřebujeme nadšence ze všech oborů. Lidi, kteří se nebojí myslet novými způsoby. Chemici, biologové, ti všichni jsou nadšení z toho, co kvantové počítače přinesou. Vidí potenciál, že jim nová technologie umožní prozkoumat, na co klasické počítače nestačí.
V podstatě míříte na situaci, která není nyní, ale za deset let může nastat.
Říkáte deset let, ale hodně veřejně obchodovaných firem by vám řeklo, že se bavíme o mnohem bližším horizontu, třeba o příštím roce nebo čtvrtletí. A je to svým způsobem pravda. Ještě jsme ale zdaleka nedosáhli plného potenciálu kvantových počítačů, na tom se asi všichni shodnou.
Řečeno Waynem Gretzkym, bruslíte tam, kde puk ještě není, ale teprve bude. Takže zvete třeba sociology, aby už teď přemýšleli, jak by ten budoucí kvantový počítač mohli zapojit?
Vlastně ano, protože společenské dopady kvantových počítačů budou ohromné. Co si za deset let představuji já, bude asi odlišné od toho, co tam vidí někdo jiný. Ale pokud chceme maximalizovat ty pozitivní dopady, musíme o tom přemýšlet už nyní.
To mi připomíná očekávání a obavy, které provázejí současnou vlnu umělé inteligence. Vidíte tam paralely?
Jsou tam některé úžasné průsečíky. Tak třeba, že se zcela mění svět programování. Díky novým nástrojům už se začátečníci vůbec nemusí učit syntaxi. Říkám tomu „konec syntaktické tyranie“, protože to otevře programování celé řadě lidí. Velká část těch obtížných problémů bude probíhat na pozadí. Neznám už jediného programátora, který nepoužívá AI nástroje, ať už při psaní kódu, nebo jeho ladění.
To znamená, že programování pro kvantové počítače – které je výrazně jiné než programování pro počítače klasické – nebudou lidé muset zvládnout bez pomoci. Vstup do kvantového programování bude díky AI jednodušší.
Druhou změnou je zapojení AI do návrhu konkrétních obvodů, které potřebujeme v kvantovém počítači. Nástup AI tedy urychlí i nástup kvantových počítačů. Je to něco nového a něco, do čeho firmy dávají velké peníze. Protože věří, že se jim ty peníze vrátí, kvantové počítače budou moci optimalizovat provoz, logistiku, finance, energetiku. Bude to ohromná synergie: kvantum a AI.
Vznikne nový obor: kvantová analýza dat. To budou totiž úplně jiné datasety, než na které jsme zvyklé.
Kvantový počítač není „rychlý počítač“
Mám pocit, že někteří se na tu synergii dívají moc zjednodušeně. Řeknou si: Umělá inteligence potřebuje rychlý počítač… Kvantový počítač prý zvládne za sekundu to, co by běžný počítač počítal sto tisíc let… A dojdou k závěru, že neuronové sítě pojedou na kvantových počítačích. Jak to ale chápu, tak to přímo možné nebude, nebo ano?
Lidé si někdy myslí, že kvantový počítač je prostě rychlý počítač. To je nepříjemně chytlavý mýtus. Ve skutečnosti je to úplně nový typ počítače, díky kterému máme přístup k úplně jinému typu výpočtů, jinému typu poznání.
Ještě na střední škole jste se prý chystala na dráhu sportovkyně, nikoli vědkyně. Co se změnilo, čím vás věda přetáhla?
Od základní školy, vlastně až na střední, jsem se připravovala na to, že budu profi běžkyně. Byla jsem rychlá, běhala jsem v atletickém týmu a prostě jsem to brala jako svou kariéru.
Pak jsem si ale asi spočítala, že dráha profesionální atletky je dost nejistá. A na střední jsem dělala i olympiádu fyzikální, takže jsem pokračovala tím směrem. Nemyslela jsem si ale, že v akademickém prostředí zůstanu. Brala jsem univerzitu jako prostředek k titulu. Ale když jsem dělala stáž v IBM Research, byla jsem obklopena lidmi s doktorátem, tak najednou dávalo smysl udělat si také doktorát.
Prineha Narangová (*1989) je americká vědkyně specializující se na materiálovou fyziku a kvantové jevy. Působila na řadě prestižních univerzit: Caltech, Harvard, MIT. Nyní vede laboratoř Narang Lab na UCLA. Narangová je také zakladatelkou a hlavní technologickou ředitelkou společnosti Aliro, která se specializuje na platformu kvantových sítí.
Vybrala jsem správně. Nasměrovalo mne to na Caltech, kde zrovna startovala spousta programů kolem kvantových počítačů. Působila tam řada průkopníků kvantové informatiky, včetně Johna Preskilla. Byla to skvělá příležitost.
Plánovala jsem, že z univerzity odejdu hned, jak získám Ph.D. Ale na Caltech jsem viděla, že výzkumníci zakládají společnosti, podávají patentové přihlášky. To se mi líbilo, a tak jsem nastoupila na fakultu a pak přešla na Harvard, MIT a nakonec na UCLA coby vedoucí laboratoře. Také jsem podala pár vlastních patentů.
A založila vlastní firmu.
Inspirovalo mne k tomu, že jsem viděla jiné akademiky, kteří to zvládli úspěšně.
Mladí dnes čelí značné nejistotě, jak vlastně bude vypadat svět budoucnosti. Svět proměněný těmi trendy jako umělá inteligence nebo kvantové počítače. Budou vznikat a zanikat celé obory lidské činnosti. Máte pro mladé lidi nějakou radu, která je odolná těmto revolučním trendům?
Jedna z nejlepších rad podle mého zní: Naučte se, jak se učit nové věci. Naučte se, jak se rychle učit zacházet s novými technologiemi. To je něco, co má trvalou hodnotu.
Dnes se musíte učit nové věci, ale učte se také, jak se učit. Protože právě to učení budete muset dělat často. Za pět let se budete muset učit něco nového, ale schopnost učit se, ta vám zůstane. Řada z nás se cíleně učila, jak sami sebe něco nového naučit. Jak skočit do nového a složitého oboru s vědomím, že to nebude hned jednoduché.
Radím lidem, aby se učili pracovat s novými technologiemi, ale aby se také učili pracovat sami se sebou. Jak se učit, jak kombinovat nové žánry technologií. Tak zajistíte, že budete vždycky v kurzu. Bez ohledu na to, kam ten puk doklouže.
