Průlomový pokrok v oblasti kvantových počítačů může zásadně urychlit schopnosti a využití umělé inteligence.
Vědci z Chalmersovy technické univerzity ve Švédsku vyvinuli vysoce efektivní zesilovač, který představuje „nejcitlivější zesilovač, jaký lze dnes pomocí tranzistorů postavit“. Týmu se podařilo snížit jeho spotřebu energie na pouhou desetinu oproti nejlepším současným zesilovačům, aniž by došlo ke ztrátě výkonu.
Inovace spočívá v chytrém návrhu, kdy se zesilovač zapíná pouze při čtení dat z qubitů. Nižší spotřeba energie minimalizuje rušení qubitů a umožňuje stavbu větších a výkonnějších kvantových počítačů. Čtení kvantové informace je extrémně citlivé – i drobné výkyvy teploty, šum nebo elektromagnetické rušení mohou způsobit ztrátu kvantového stavu qubitů. Protože zesilovače generují teplo, které vede k dekoherenci, vědci se již dlouho snaží vyvinout efektivnější zesilovače pro qubity.
Na rozdíl od jiných nízkošumových zesilovačů je nové zařízení pulzně řízené a aktivuje se pouze tehdy, když je potřeba zesílit signál z qubitu, místo aby bylo neustále zapnuté. Protože kvantová informace je přenášena v pulzech, hlavní výzvou bylo zajistit, aby se zesilovač aktivoval dostatečně rychle a stíhal čtení qubitů. Tým z Chalmersu tento problém vyřešil použitím genetického programování, které umožnilo chytré řízení zesilovače a jeho reakci na příchozí pulzy z qubitů během pouhých 35 nanosekund.
Tento pokrok je klíčový pro škálování kvantových počítačů na mnohem větší počet qubitů. S rostoucím počtem qubitů roste výpočetní výkon a schopnost řešit extrémně složité úlohy. Větší kvantové systémy však vyžadují více zesilovačů, což vede k vyšší spotřebě energie a riziku dekoherence. „Tato studie nabízí řešení pro budoucí rozšiřování kvantových počítačů, kde je teplo generované zesilovači qubitů hlavním omezujícím faktorem,“ říká profesor Jan Grahn z oddělení mikrovlnné elektroniky na Chalmersově univerzitě.
Tento průlom přichází souběžně s nedávným výzkumem, který ukazuje, že i malé kvantové počítače mohou díky novým fotonickým kvantovým obvodům zlepšit výkon strojového učení. Výsledky naznačují, že dnešní kvantové technologie nejsou jen experimentální – v určitých úlohách už dokážou překonat klasické systémy.
Kvantové počítače mají potenciál řešit problémy, které jsou mimo dosah i těch nejvýkonnějších dnešních strojů, a otevřít nové možnosti v oblasti vývoje léčiv, kybernetické bezpečnosti, umělé inteligence i logistiky. Ultraefektivní zesilovač vyvinutý v Chalmersu se zapíná pouze při čtení dat z qubitů. Díky chytrému pulznímu designu spotřebuje jen desetinu energie oproti současným špičkovým modelům.
Mnoho dnešních velkých jazykových modelů potřebuje k trénování více než milion hodin GPU, zatímco kvantové neuronové sítě slibují efektivnější zpracování složitých, vysoce dimenzionálních dat než klasické neuronové sítě. Kromě zrychlení může kvantové počítání zásadně proměnit AI díky pokročilejším optimalizačním algoritmům, sofistikovanějším simulacím modelů a výrazně nižší spotřebě energie při trénování AI modelů.
„Očekáváme, že první zásadní průlomy v oblasti kvantové AI přijdou na konci této dekády a na začátku příští, jakmile přejdeme od dnešních hlučných kvantových zařízení k chybově korigovaným kvantovým počítačům s desítkami až stovkami logických qubitů,“ vysvětluje Dr. Ines de Vega, vedoucí inovací v oblasti kvantových technologií ve společnosti IQM. „Tyto stroje nám umožní překročit hranice čistě experimentálních NISQ kvantových algoritmů a otevřou cestu k praktickým a možná i nečekaným výhodám pro AI. Spojení kvantového počítání a AI může mít obrovský dopad na svět. Kvantové technologie a AI dohromady mohou řešit problémy, které klasické počítače nezvládnou, a učinit AI efektivnější, rychlejší a výkonnější.“