Článek
Náhodnost. Slovo, které slýcháme často, ale co skutečně znamená? A proč je tak důležitá? Od bezpečného šifrování našich online komunikací po komplexní vědecké simulace, schopnost generovat opravdu náhodná čísla je klíčová. Klasické počítače, i ty nejvýkonnější superpočítače, se o to snaží, ale jejich „náhodnost“ je ve skutečnosti jen pseudonáhodnost – založená na složitých, ale předvídatelných algoritmech. Nyní však vědci ohlásili historický milník: kvantový počítač poprvé prokazatelně vygeneroval sekvenci skutečně náhodných čísel.
Tento významný úspěch, který posouvá hranice kvantových technologií blíže k praktickému využití, je výsledkem spolupráce výzkumníků z USA a Velké Británie. Použili k tomu 56-qubitový kvantový počítač od společnosti Quantinuum a metodu, která využívá inherentní nepředvídatelnost kvantového světa.
Kvantové kostky a ověřená náhodnost
Jak se jim to podařilo? Klíčem byla metoda zvaná vzorkování náhodných obvodů (random circuit sampling). Tento koncept, navržený počítačovými vědci Scottem Aaronsonem a Shih-Han Hungem z Texaské univerzity v Austinu, v podstatě využívá qubity – základní jednotky kvantových počítačů – jako jakési „kvantové kostky“.
V experimentu bylo použito všech 56 qubitů počítače Quantinuum. Proces byl navržen tak, aby minimalizoval jakýkoli vliv klasické, předvídatelné fyziky a maximalizoval využití čistě kvantových jevů, které jsou ze své podstaty pravděpodobnostní a nepředvídatelné. Výsledkem byla sekvence bitů (nul a jedniček), u které bylo potřeba ověřit, zda je skutečně náhodná.
A právě zde přichází další klíčový aspekt tohoto úspěchu: certifikace náhodnosti. Nestačilo čísla jen vygenerovat; bylo nutné dokázat, že nejsou výsledkem nějakého skrytého, byť kvantového, vzorce. K ověření byla použita standardizovaná sada testů (benchmark protokol), která běžela na několika klasických superpočítačích. Tyto superpočítače, dosahující kombinovaného výkonu ohromujících 1,1 exaflops (trillionu operací za sekundu), potvrdily, že sekvence bitů vygenerovaná kvantovým počítačem splňuje kritéria skutečné náhodnosti – úkol, který by pro samotné superpočítače byl výpočetně nezvládnutelný.
Proč je to důležité? Praktické dopady kvantové náhodnosti
Tento úspěch není jen akademickou zajímavostí. Otevírá dveře k celé řadě praktických aplikací:
- Bezpečnost Komunikace: Skutečně náhodná čísla jsou základním stavebním kamenem pro robustní šifrovací algoritmy. V době rostoucích kybernetických hrozeb a potenciálního nástupu kvantových počítačů schopných prolomit současné šifrování je vývoj kvantově odolných metod generování náhodných čísel naprosto zásadní. Tento výzkum nastavuje nový standard pro kvantovou bezpečnost.
- Vědecké Simulace: Mnoho vědeckých oborů, od fyziky a chemie po biologii a finance, spoléhá na simulace založené na náhodných procesech (tzv. metody Monte Carlo). Použití skutečně náhodných čísel namísto pseudonáhodných může výrazně zpřesnit výsledky těchto simulací.
- Dostupnost Kvantových Technologií: Výzkum také ukazuje, jak mohou být kvantové počítače dostupné a využitelné přes internet pro specifické úkoly, jako je právě generování certifikované náhodnosti. Jak zmínil Rajeeb Hazra z Quantinuum, demonstruje to potenciál zpřístupnění kvantových výpočtů širšímu okruhu uživatelů.
- Milník pro Kvantové Počítání: Jde o jasný důkaz, že kvantové počítače překonávají své klasické protějšky v konkrétních, užitečných úlohách. Posouvá to celé pole kvantových technologií z teoretické roviny blíže k reálným aplikacím.
Budoucnost je (Náhodná a) Kvantová
Generování prvních certifikovaných skutečně náhodných čísel pomocí kvantového počítače je více než jen technický triumf. Je to předzvěst nové éry v oblasti výpočetní techniky, bezpečnosti a vědeckého výzkumu. Ukazuje sílu kvantové mechaniky nejen pro teoretické výpočty, ale i pro řešení velmi praktických problémů. Ačkoliv je cesta k plně rozvinutým kvantovým počítačům ještě dlouhá, tento milník dokazuje, že jejich potenciál je obrovský a jejich dopad na náš svět bude pravděpodobně revoluční.
